Методичка для КР по экспл.свойствам авто

Министерство образования Российской Федерации

Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет

Автомобильно-дорожный факультет

Кафедра транспортных систем

А. Г. БАШКАРДИН

Р.Н. САФИУЛЛИН

АВТОМОБИЛИ ч. 2. ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА

Методические указания по выполнению курсовой (расчетно-графической) работы

для студентов специальностей 190701 - организация перевозок и управление

на автомобильном транспорте 190702 - организация и безопасность движения на автомобильном транспорте;190603 - автомобили и автомобильное хозяйство

и190601-автомобильное хозяйство

Учебное электронное издание

Санкт-Петербург

2013

УДК 629. 113. 001. 24: 681. 142. 2

Рецензент канд. техн. наук, зав. каф. ТЭРА Н.И. Веревкин (СПбГАСУ)

Башкардин А. Г.

Автомобили. Эксплуатационные свойства: метод. указания по выполнению курсовой (расчетно-графической) работы для студентов специальностей 240100 -

организация перевозок и управление на автомобильном транспорте, 240400 - организация и безопасность движения на автомобильном транспорте, 150200 - автомобили и автомобильное хозяйство и 230000 – эксплуатация и обслуживание транс-

портных и технологических машин и оборудования (автомобильный транспорт) / А.Г. Башкардин, Р.Н. Сафиуллин СПбГАСУ. – СПб., 2013. – 36 с.

Методические указания разработаны в соответствии с учебным планом и про-

граммы дисциплины “Автомобили.ч.2”. Приводятся состав, последовательность выполнения и требования к оформлению курсовой (расчетно-графической) работы. Даются рекомендации по расчетам оценочных параметров тягово-скоростных, тормозных и топливно-экономических свойств автомобилей.

Табл. 5. Ил.7. Библиогр.: :7 назв.

	СОДЕРЖАНИЕ
Введение ...........................................................................................		1
1. Цели и задачи выполнения работы..............................................		2
2. Требования к работе и ее содержанию.......................................		3
3. Задание на выполнение курсовой работы...................................		4
4. Указания по выполнению отдельных пунктов задания.... ..........		7
4.1. Конструктивные параметры автомобилей...........................		7
4.2. Тягово-скоростные свойства.................................... .............		8
4.2.1. Кинематическая схема трансмиссии и
оценка ее КПД ..................................................................................		9
4.2.2. Блок-схема алгоритма расчета.......................................		11
4.2.3. Внешняя скоростная характеристика двигателя...........		15
4.2.4. Тяговый и мощностной балансы автомобиля.
Динамический паспорт.....................................................................		18
4.2.5. Ускорение, время и путь разгона на передачах.............		24
4.2.6. Определение массы прицепа и предельного угла
подъема............................................................................................		28
4.2.7. Определение силы тяги на крюке...................................		30
4.2.8. Сравнительный анализ тягово-скоростных свойств
автомобилей....................................................................................		30
4.3	Тормозные свойства..............................................................	31
4.4	Топливно-экономические свойства автомобилей................	34
Рекомендуемая литература.............................................................		38

ВВЕДЕНИЕ

Эффективность использования автомобильного транспорта в значительной

мере зависит от степени совершенства таких эксплуатационных свойств автомобиля, как его тяговая и тормозная динамика, топливная экономичность, управляемость, устойчивость, плавность хода и проходимость. Помимо названных свойств на эф-

фективность использования транспорта влияют и другие факторы, определяющие приспособленность подвижного состава к эксплуатации в конкретных условиях, к ус-

ловиям погрузки и выгрузки, к перевозке определенного вида груза, техническому обслуживанию и ремонту. Однако в данной работе речь пойдет только об эксплуатационных свойствах и влиянии на них конструктивных параметров автомобиля и ус-

ловий эксплуатации.

Разнообразие условий эксплуатации обусловило широкую специализацию ав-

тотранспортных средств, которые отличаются специфическими свойствами, обеспе-

чивающими при правильном их использовании в конкретных условиях наибольшую эффективность автомобильного транспорта.

Знание эксплуатационных свойств существующих автомобилей и зависимости этих свойств от технического состояния механизмов и систем поможет инженеру по

технической эксплуатации разработать оптимальные методы поддержания эксплуатационных свойств, заложенных в автомобиль при проектировании и производстве, и восстановления их в процессе ремонта.

Знание эксплуатационных свойств различных автомобилей и их зависимости от эксплуатационных факторов и погодно-климатических условий позволит инженеру по организации и управлению на транспорте выбрать для осуществления перевозок

тот подвижной состав, который наилучшим образом будет соответствовать характе-

ру перевозимого груза и условиям перевозок, даст возможность разрабатывать оптимальную стратегию перевозок.

Инженер по организации дорожного движения, зная эксплуатационные свойства автомобилей, может правильнее организовать движение на дорогах различных

категорий с учетом погодно-климатических условий, уменьшить вероятность возник-

новения аварийных ситуаций, ввести определенные ограничения на параметры движения в соответствии со свойствами автомобиля, требовать от дорожных служб проведения тех или иных мероприятий по поддержанию дорожных коммуникаций и покрытия в соответствующем состоянии.

Грамотные и согласованные действия всех вышеперечисленных категорий

инженерно-технических работников позволят существенно увеличить производи-

тельность автомобильного транспорта, сократить эксплуатационные расходы и повысить безопасность дорожного движения.

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Данная работа представляет собой набор задач по расчету эксплуатационных

свойств автомобиля и имеет цель закрепить знания теоретического курса, дать навыки по самостоятельному определению показателей эксплуатационных свойств различных автомобилей и их сравнительному анализу, ознакомить студентов с ре-

альными характеристиками современных автомобилей отечественного и зарубежного производства, научить пользоваться специальной технической литературой и справочниками, накопить информацию по нормативным значениям параметров экс-

плуатационных свойств используемых автомобилей.

Работа выполняется по индивидуальному заданию, составленному руководи-

телем, и включает расчет характеристик, построение графиков тягово-скоростных, тормозных и топливно-экономических свойств двух автомобилей и их сравнительный анализ.

2. ТРЕБОВАНИЯ К РАБОТЕ И ЕЕ СОДЕРЖАНИЮ

Расчетно-пояснительная записка выполняется на отдельных листах писчей бумаги стандартного формата и должна включать (по порядку) титульный лист, со-

держание, текст задания на работу, введение, расчетно-пояснительный и графический материалы с необходимыми схемами и таблицами (распечатками), заключение по каждому разделу и список литературы. Титульный лист и все листы расчетно-

пояснительной записки должны быть оформлены в соответствии с требованиями стандарта. Первый лист должен иметь рамку и "большой" угловой штамп, все по-

следующие – рамку и "малый” угловой штамп.

Графики и схемы выполняются также на листах стандартного формата карандашом или тушью (графики желательно цветными) с использованием чертёжного

инструмента. Графики и схемы разрешается выполнять на листах миллиметровой бумаги. Каждый график и схема выполняются в удобном и оптимальном масштабе и оформляются в соответствии с требованиями стандартов. Листы со схемами и гра-

фиками брошюруются вместе с остальными листами пояснительной записки.

Все заголовки и надписи выполняются стандартными шрифтами. Основные расчетные формулы, приводимые в работе, должны иметь порядковые номера и ссылки на литературные источники и сопровождаться пояснениями входящих в них символов. После написания формулы должен быть приведен один пример расчета

данного параметра. Остальные значения параметра сводятся в таблицы или вклеи-

ваются в записку в виде распечатки с ЭВМ. Таблицы также должны иметь порядковые номера.

В каждом варианте работы расчет всех свойств должен сопровождаться разработкой алгоритма расчета свойства на ЭВМ и составлением его блок-схемы. При-

чем из методических целей такая разработка необходима и в том случае, когда рас-

четы производятся без использования ЭВМ. Использование же ЭВМ при расчетах позволяет минимизировать затраты на решение большого числа вариантов задач и сократить время, т.е. передать повторяющиеся вычислительные операции машине, а за студентом сохранить функции анализа и принятия окончательного решения.

3. ЗАДАНИЕ НА ВЫПОЛНЕНИЕ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

На основе результатов, полученных в процессе выполнения курсовой работы, необходимо дать сравнительный анализ тягово-скоростных свойств двух автомобилей,

оценку тормозных свойств и топливной экономичности базовой модели. Рекомендуемая последовательность выполнения работы:

1)заполнить таблицу конструктивных параметров автомобилей, используемых в

расчетах;

2)изобразить полную кинематическую схему трансмиссии базовой модели автомобиля. Исходя из схемы дать оценку КПД трансмиссии на различных передачах (оп-

ределить численное значение);

3)вычертить паспортную внешнюю скоростную характеристику двигателя базовой модели автомобиля. Рассчитать и построить внешние скоростные характеристики

двигателей анализируемых автомобилей. Расчетную характеристику двигателя ба-

зового автомобиля сравнить с паспортной и в случае расхождения объяснить причи-

ны расхождения; 4) рассчитать и построить графики тягового и мощностного балансов для автомоби-

лей и автопоездов при движении по дороге с коэффициентом сопротивления дороги

= .... (Здесь и далее массу прицепного звена автопоезда принимать равной ... % от массы автомобиля-тягача);

5)рассчитать и построить графики динамического паспорта для автомобилей и автопоездов;

6)рассчитать и построить графики ускорений, времени и пути разгона на передачах;

7)по графикам времени и пути разгона определить время разгона на пути 400 и 1000 м, и время и путь разгона до заданной скорости;

8)определить для заданной скорости движения va = ... км/ч массу прицепа, букси-

руемого автомобилем при запасе динамического фактора D =... ;

9) определить предельные углы подъема для автомобилей и автопоездов и прове-

рить возможность их движения по условию буксования при движении по дороге с =

... и x = ... ;

10) определить предельные силы тяги на крюке для автомобилей на всех передачах и проверить возможность движения по условию буксования по дороге с = ... и

x =... . Определить низшую передачу, на которой автомобиль может двигаться

без буксования по указанной дороге;

11)составить сравнительную таблицу полученных оценочных параметров тяговоскоростных свойств автомобилей и автопоездов и дать заключение. При анализе особое внимание уделить причинам несовпадения (совпадения) анализируемых параметров.

12)изобразить полную кинематическую схему рабочей тормозной системы автомо-

биля с раскрытием внутреннего содержания основных приборов (тормозного крана, тормозных цилиндров, тормозных механизмов и т.п.);

13)изобразить тормозную диаграмму экстренного торможения ( va = f ( t ) и

Ia= f ( t ) ), указав на ней время фаз торможения. Начальная скорость движения при торможении va = ... км/ч, коэффициент сцепления шин с дорогой x = ... ;

14) для заданных состояний дорожного покрытия x 1 =... и x 2 = .... рассчитать и

построить зависимости тормозного и остановочного путей автомобиля от начальной

скорости при экстренном торможении S тор = f ( va ) и S ост = f ( va );

15) для заданных скоростей в начале торможения va1 = va max и va2 = (0,4...0,5) va max рассчитать и построить зависимости тормозного и остановочного путей при экстрен-

ном торможении от коэффициента сцепления шин с дорогой S тор = f ( x ) и S ост

= f ( x ).

(va max – максимальная разрешенная скорость движения автомобиля вне населенно-

го пункта (не автомагистрали));

16)определить значения тормозного и остановочного путей при поочередном отказе

тормозных механизмов передних или задних колес (тележки) автомобиля на дороге

с ... покрытием при скорости в начале торможения va = ... км/ч. Сравнить полученные значения с соответствующими значениями при торможении технически исправного автомобиля;

17)рассчитать и построить зависимости нормальных реакций на колесах передней Z1 и задней Z2 осей (тележки) автомобиля от замедления Z 1,2 = f ( j a ) ;

18)рассчитать и построить зависимости максимально возможных касательных реак-

ций и тормозных моментов на колёсах передней и задней осей (тележки) автомоби-

ля от коэффициента сцепления шин с дорогой P 1,2 = f ( x )

и M 1,2 = f ( x );

19)дать заключение по тормозным свойствам автомобиля в зависимости от измене-

ния коэффициента сцепления шин с дорогой, скорости движения автомобиля в начале торможения и технического состояния тормозной системы;

20)рассчитать и построить топливную характеристику установившегося движения

автомобиля по дороге с 1=0,015...0,02 ; 2=(0,3...0,5) D max ; 3=0,5 ( 1+ 2) ;

21) рассчитать и построить графики зависимости удельного эффективного расхода

топлива ge от степени использования мощности U при частоте вращения коленча-

того вала двигателя 1 = 0,5 ì , 2 = ì

и 3 = N ;

22)рассчитать и построить зависимости удельной производительности Wy автомобиля от скорости для указанных в п.19 дорог при движении на высшей передаче.

Отметить на графиках оптимальную скорость движения для каждого типа дорог;

23)дать заключение по топливно-экономическим свойствам автомобиля в зависимости от состояния дорожного покрытия, скорости движения и степени использования

мощности двигателя.

4.УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ОТДЕЛЬНЫХ ПУНКТОВ ЗАДАНИЯ

4.1. Конструктивные параметры автомобилей

Для аналитического определения основных характеристик эксплуатационных

свойств автомобилей используются численные значения конструктивных параметров, которые могут быть найдены в справочной или технической литературе по данным автомобилям.

Конструктивные параметры автомобилей и их отдельных механизмов и агре-

гатов представляются в работе в виде таблицы (табл.1) с указанием их обозначений

и размерностей. В таблицу необходимо занести данные по габаритам и массам автомобилей, распределение массы по осям, основные параметры двигателя, характеристики трансмиссии и ходовой части.

Таблица 1

Конструктивные параметры автомобилей, используемые в расчете

№	Наименование	Обозна	Размер-	Показатель (характеристика)
п/п	параметра	чение	Ность	Автомобиль А	Автомобиль Б
1	Полная масса	Ма	Кг	14500	15000
	В том числе:
	Приходящаяся	М1	Кг	5500	5650
	на переднюю
	ось
	Приходящаяся	М2	Кг	9000	9350
	на заднюю ось
	и т.д.

При заполнении таблицы конструктивных параметров следует установить наличие в системе питания двигателя регулятора (ограничителя) частоты вращения

коленчатого вала, поскольку он влияет на характер изменения параметров внешней

скоростной характеристики, лежащей в основе анализа тягово-скоростных свойств автомобиля, а также наличие дополнительной коробки передач в трансмиссии, оп-

ределяющей общее количество передач, наличие механизма блокировки диффе-

ренциала, влияющего на величину силы тяги по сцеплению.

4.2. Тягово-скоростные свойства

Для оценки уровня совершенства автомобиля, т.е. для сравнительной оценки качества различных автомобилей, используются определенные показатели, каждый

из которых позволяет оценивать автомобиль в какой-либо конкретной ситуации движения, принимаемой за типичную. Эксплуатационные свойства автомобиля оцени-

ваются путем сравнения конкретных показателей со значениями показателей, принятыми в качестве базовых (нормативных), или путём сравнения одноимённых показателей анализируемых автомобилей.

В настоящее время часть показателей эксплуатационных свойств имеет нормированные ГОСТ и ОСТ значения, для остальных – экспериментальным или ана-

литическим путём определяются среднестатистические или экстремальные значения, которые затем сравниваются с соответствующими показателями автомобилейаналогов. В качестве последних обычно выбираются наиболее современные авто-

мобили.

Так, для оценки тягово-скоростных свойств автомобилей наиболее употреби-

тельными являются следующие показатели и характеристики:

1)максимальная скорость движения в заданных дорожных условиях;

2)условная максимальная скорость;

3)время разгона на пути 400 и 1000 м;

4)время и путь разгона до заданной скорости;

5)скоростная характеристика "разгон – выбег";

6)минимальная устойчивая скорость движения;

7)максимальный угол преодолеваемого подъёма;

8)установившаяся скорость на затяжных подъёмах;

9)графики силового и мощностного балансов;

10)динамический паспорт с номограммой нагрузок;

11)максимальные ускорения на передачах.

Расчет и анализ этих показателей и характеристик и будет производиться в работе для сравнительной оценки тягово-скоростных свойств заданных автомобилей.

4.2.1. Кинематическая схема трансмиссии и оценка её КПД

Полная кинематическая схема трансмиссии автомобиля вычерчивается с соблюдением всех требований стандартов на условные графические обозначения в

чертежах и схемах.

Схема выполняется на листе стандартного формата с указанием на ней составных частей, связей внутри каждой составной части и связей между отдельными частями (сцепление, коробка передач, дополнительная коробка, карданная передача, главная передача, дифференциал, привод к ведущим колесам, колеса). Обязательно показать подшипники и картеры.

Наличие полной кинематической схемы трансмиссии позволяет правильно оценить ее КПД на разных передачах, понять механизм формирования тяговой силы

итягового момента на ведущих колесах, оценить влияние количества ведущих колес

иблокировки дифференциала на величину тяговой силы по сцеплению и т.п..

Втабл. 2 приведены средние значения КПД отдельных механизмов, а в табл. 3 - трансмиссии в целом для различных автомобилей при передаче максимального

крутящего момента.

КПД трансмиссии зависит от ее схемы, конструктивных и технологических

особенностей ее механизмов, передаваемого момента, частоты вращения коленчатого вала двигателя и связанной с ней скорости движения автомобиля, характеристик и температуры смазочных материалов в механизмах трансмиссии и их техниче-

ского состояния.

Таблица 2 Средние значения КПД отдельных механизмов трансмиссии

№	Наименование механизма	КПД
п/п
1	Сцепление	0,99
2	Пара цилиндрических шестерён	0,98
3	Пара конических или гипоидных шестерён	0,97
4	Шарнир карданной передачи или привода	0,995
5	Коробка передач на прямой передаче	0,985...0,99
6	То же на низшей передаче	0,94...0,96
7	Главная передача одинарная	0,96...0,97
8	То же двойная	0,92...0,94

С достаточной степенью точности КПД трансмиссии может быть определен по формуле

TP 0.98k 2 0.97m2 0.995n2 ,

(1)

где k – число пар цилиндрических шестерён, участвующих в передаче крутящего момента;

m– число пар конических или гипоидных шестерён;

n– число карданных шарниров.

	Средние значения КПД трансмиссии автомобиля в целом			Таблица 3
№	Тип автомобиля		Колесная		КПД
п/п			формула
1	Грузовые автомобили и автобусы с одинар-		4x2		0,9...0,92
	ной главной передачей
2	То же с двойной главной передачей		4x2		0,86...0,88
3	“	“	4x4		0,82...0,83
4	“	“	6x4		0,83...0,84
5	“	“	6x6		0,78...0,80
6	Легковые автомобили и автобусы малой		4x2		0,92...0,94
	вместимости

Пример кинематической схемы трансмиссии заднеприводного автомобиля с 3- ступенчатой коробкой передач и фрикционным однодисковым сцеплением с цилин-

дрическими периферийными прижимными пружинами приведён на рис.1.

Рис. 1. Кинематическая схема трансмиссии автомобиля

4.2.2. Блок-схема алгоритма расчета

Для составления блок-схемы алгоритма расчета той или иной характеристики

первоначально необходимо выписать последовательно все расчетные формулы,

т.е. составить цепь расчетных зависимостей. В качестве примера рассмотрим составление блок-схемы алгоритма расчета внешней скоростной характеристики автомобильного двигателя с использованием следующих формул для определения текущих значений эффективных мощности и момента:

	e b			2			3
N e N emax a			e	c		e	,	(2)
	N	N			N

где N e – текущее значение эффективной мощности двигателя, кВт;

N e max – номинальное значение эффективной мощности двигателя (по справоч-

нику), кВт;

e – текущее значение частоты вращения коленчатого вала двигателя, рад/с;

N – значение частоты вращения коленчатого вала двигателя, соответствующее номинальной мощности (по справочнику), рад/с;

a, b, c – безразмерные коэффициенты (выбираются по справочнику или рассчитываются по формулам);

M e	N e	1000,	(3)
	e

где M e – текущее значение эффективного крутящего момента двигателя, Н м.

Для расчета характеристики на ЭВМ предварительно необходимо определить

ее границы по частоте, т.е. выбрать минимальную ( e min ) и максимальную ( e max )