Пособие к КП
.pdfмощность NТ рассчитывают по формуле (31), принимая для «Москвич»-412 И Э
η= 0,92.
Таблица 8 Сводная таблица мощностной характеристики автомобиля «Москвич»-412 И Э
ωе, c-1 |
|
94,2 |
194 |
294 |
305 |
394 |
494 |
594 |
607 |
668 |
|
Nе, кВт |
|
9,46 |
21 |
32,6 |
33,9 |
43,2 |
50,6 |
53,9 |
54 |
52,9 |
|
NТ, кВт |
|
8,7 |
19,3 |
30,0 |
31,19 |
39,74 |
46,55 |
49,59 |
49,58 |
46,67 |
|
V, км/ч |
|
I |
7,46 |
15,36 |
23,28 |
24,16 |
31,2 |
39,12 |
47,0 |
48,0 |
52,9 |
на |
|
II |
11,53 |
25,8 |
39,16 |
40,62 |
52,48 |
65,8 |
79,12 |
80,85 |
88,98 |
передачах |
|
III |
19,33 |
39,8 |
60,33 |
62,59 |
80,84 |
101,4 |
121,9 |
124,6 |
137,1 |
|
|
IV |
25,17 |
53,08 |
80,44 |
83,45 |
107,8 |
135,2 |
162,5 |
166,1 |
182,8 |
Для решения уравнения мощностного баланса определяют зависимости Nд(V) и Nв(V), потребной автомобилю на преодоление сил дорожного и воздушного сопротивлений от скорости движения автомобиля.
При определении Nд(V), Nв(V) и NΣ(V) = Nв (V) + Nд(V) можно использовать результаты расчета Рд и Рв из силового баланса (таблица 6).
Результаты расчета заносят в таблицу 9.
Таблица 9 Мощность, потребная на преодоление сил дорожного и воздушного сопротивлений в зависимости от скорости движения автомобиля
V, |
м/с |
0 |
8,33 |
16,67 |
25 |
33,33 |
41,67 |
50 |
|
км/с |
0 |
30 |
60 |
90 |
120 |
150 |
180 |
||
|
|||||||||
Nк, кВт |
|
0 |
1,38 |
2,78 |
4,24 |
5,79 |
7,44 |
9,24 |
|
Nв, кВт |
|
0 |
0,39 |
3,09 |
8,34 |
24,7 |
48,25 |
83,4 |
|
NΣ= Nк + Nв, кВт |
0 |
1,77 |
5,87 |
12,58 |
34,5 |
55,7 |
92,6 |
||
По результатам расчетов (таблица 8, 9) строят графики Nе(V), Nт(V), Nд(V), Nв(V), представленные на рисунке 4.
Анализ графиков (рисунок 4) показывает, что при заданном значении скорости V движения автомобиля разница между NТ и NΣ представляет собой запас мощности Nз, который может быть израсходован на преодоление дополнительного сопротивления дороги или на разгон автомобиля. Ординаты между графиками определяют потери мощности NТР в трансмиссии автомобиля, т. е.
Nе – Nт = Nтр
При равномерном движении тяговая мощность Nт потребляется на преодоление сопротивлений дороги и воздуха. Наибольшую скорость при полной подаче топлива автомобиль развивает, когда тяговая мощность Nт на колесах автомобиля равна суммарной мощности NΣ сопротивлений. Так же как графики силового баланса, графики мощностного баланса показывают, что максимальная скорость, развиваемая автомобилем «Москвич»-412 И Э Vmax ≈ 139 км/ч.
21
Рисунок 4. Графики мощностного баланса автомобиля «Москвич»-412 И Э
2.4 Динамическая характеристика автомобиля
Динамической характеристикой называют графическое зависимости динамического фактора от скорости движения передачах и полной нагрузке на двигатель.
Динамический фактор определяют из выражения:
D = PT − Pв Ga
или
изображение на различных
(32)
D =ψ + |
j |
δвр |
(33) |
|
g |
||||
|
|
|
где РТ – тяговая сила на колесах автомобиля; ψ – коэффициент сопротивления дороги; j – ускорение автомобиля;
g – ускорение свободного падения.
Так как РТ и Рв зависят от скорости V движения автомобиля, то величина D также зависит от V. Для построения графиков D(V) принимаем расчетные значения V и РТ из таблицы 3 на всех передачах. Величину Рв определяем для каждого значения скорости V по формуле (20). Величину D рассчитываем по формуле (32) с учетом, что для «Москвич»-412 И Э Gа = 13734 Н.
22
Результаты расчета сводим в таблицу 10.
Таблица 10
Расчет динамического фактора (D)
Передача |
V |
м/с |
2,07 |
4,27 |
6,47 |
6,71 |
8,67 |
10,87 |
13,07 |
13,35 |
14,7 |
|
км/ч |
7,46 |
15,36 |
23,28 |
24,16 |
31,2 |
39,12 |
47,0 |
48,0 |
52,9 |
|||
|
|
|||||||||||
I |
P |
т, Н |
4248 |
4574 |
4688 |
4692 |
4633 |
4328 |
3834 |
3762 |
3348 |
|
Pв, Н |
2,86 |
12,16 |
27,92 |
30,03 |
50,13 |
78,8 |
113,9 |
118,9 |
144,1 |
|||
|
|
D |
0,31 |
0,33 |
0,34 |
0,34 |
0,33 |
0,31 |
0,27 |
0,265 |
0,23 |
|
|
V |
м/с |
3,2 |
7,18 |
10,88 |
11,29 |
14,58 |
18,28 |
20,0 |
22,46 |
24,72 |
|
II |
км/ч |
11,53 |
25,8 |
39,16 |
40,62 |
52,48 |
65,8 |
79,12 |
80,85 |
88,98 |
||
|
||||||||||||
P |
т, Н |
2785 |
2998 |
3073 |
3076 |
3037 |
2838 |
2513 |
2466 |
2195 |
||
|
Pв, Н |
6,83 |
34,38 |
78,96 |
85,0 |
141,8 |
222,9 |
266,8 |
336,4 |
407,6 |
||
|
|
D |
0,20 |
0,216 |
0,218 |
0,218 |
0,21 |
0,19 |
0,164 |
0,155 |
0,130 |
|
|
V |
м/с |
5,37 |
11,06 |
16,76 |
17,39 |
22,46 |
28,16 |
33,86 |
34,6 |
38,08 |
|
III |
км/ч |
19,33 |
39,8 |
60,33 |
62,59 |
80,84 |
101,4 |
121,9 |
124,6 |
137,1 |
||
|
||||||||||||
P |
т, Н |
1619 |
1743 |
1787 |
1788 |
1766 |
1660 |
1461 |
1434 |
1276 |
||
|
Pв, Н |
19,23 |
81,6 |
187,4 |
201,7 |
336,4 |
529,3 |
746,7 |
798,5 |
967,2 |
||
|
|
D |
0,116 |
0,121 |
0,116 |
0,116 |
0,104 |
0,08 |
0,05 |
0,046 |
0,022 |
|
|
V |
м/с |
7,16 |
14,74 |
22,34 |
23,18 |
29,94 |
37,54 |
45,14 |
46,13 |
50,77 |
|
IV |
км/ч |
25,77 |
53,08 |
80,44 |
83,45 |
107,8 |
135,2 |
162,5 |
166,1 |
182,8 |
||
|
||||||||||||
P |
т, Н |
1217 |
1310 |
1343 |
1344 |
1327 |
1240 |
1098 |
1078 |
959 |
||
|
Pв, Н |
34,19 |
144,9 |
332,9 |
358,4 |
597,9 |
940 |
1359 |
1419 |
1719 |
||
|
|
D |
0,09 |
0,085 |
0,074 |
0,072 |
0,053 |
0,022 |
-0,02 |
-0,02 |
-0,05 |
|
По результатам расчетов (таблица 10) строим графики D (V) на всех передачах (рисунок 5). На рисунке 5 также наносим графики f (V). Зависимость изменения коэффициента сопротивления качению f от скорости V находим по формуле (15) для значений скорости V 0; 30; 60; 90; 120; 180 км/ч (таблица 11).
Таблица 11 Изменения коэффициента сопротивления качению f от скорости V движения
автомобиля (f0 = 0,012)
V, км/ч |
0 |
30 |
60 |
90 |
120 |
150 |
180 |
f |
0,012 |
0,012 |
0,012 |
0,012 |
0,0127 |
0,013 |
0,014 |
По динамической характеристике можно судить о тягово-скоростных свойствах автомобиля. При равномерном движении (j = 0) согласно формуле (33) D=ψ или D = f + i, т.е. ордината каждой точки графика D определяет величину коэффициента ψ сопротивления дороги.
23
Рисунок 5. Динамическая характеристика автомобиля «Москвич»-412 И Э
Максимальный динамический фактор на высшей передаче определяет диапазон дорожных сопротивлений, преодолеваемых автомобилем без перехода на низшие передачи.
Критическая скорость Vкр движения автомобиля соответствующая D определяет диапазон устойчивого движения автомобиля на высшей передаче с полной подачей топлива. Например, из таблицы 10 и рис. 5 следует, что для автомобиля «Москвич»-412 И Э при движении на II передаче D ≈ 0,218 при Vкр ≈ 39 км/ч, т.е. максимальный коэффициент сопротивления дороги ψ = i + f = 0,218. При движении автомобиля со скоростью V > Vкр увеличение сопротивление дороги до ψ = 0,218 вызывает снижение скорости до V ≈ 39 км/ч сопровождающееся увеличением D. При V < Vкр сколь угодно малое сопротивление приводит к прогрессивному уменьшению D – двигатель глохнет.
Максимальный динамический фактор на I передаче (для «Москвич»-412 И Э D ≈ 0,34) определяет максимальное дорожное сопротивление, преодолеваемое автомобилем. Максимальная скорость на каждой передаче в заданных дорожных условиях определяется абсциссой точки пересечения графиков D(V) и ψ(V). Для «Москвич»-412 И Э при движении на IV передаче V ≈ 139 км/ч.
Из динамической характеристики всегда можно определить величину преодолеваемого подъема (в т.ч. и максимально возможного) в заданных дорожных условиях.
В соответствии с выражением D = ψ = f + i разница между ординатами графиков D (V) и f (V) i = D – f есть максимальный подъем, преодолеваемый автомобилем.
24
2.5Разгон автомобиля
Вгородском цикле время равномерного движения автомобиля составляет 15…20% всего времени движения, 30…45% занимает ускоренное движение и 30…40% - движение накатом и торможение.
Показателями динамичности автомобиля служат:
-величина максимального ускорения;
-время и путь разгона в определенном интервале скоростей.
2.5.1Ускорение при разгоне автомобиля
Величину ускорения определяют из выражения (33)
j = |
(D −ψ) |
g |
(34) |
|
|||
|
δвр |
|
|
где D – динамический фактор;
ψ – коэффициент сопротивления дороги; δвр - коэффициент учета вращающихся масс; g – ускорение свободного падения.
Коэффициент δвр учета вращающихся масс определяет соотношение между затратами кинетической энергии на разгон поступательно и вращательно движущихся масс. Поступательно разгоняется сам автомобиль, вращательно – колеса, шестерни коробки передач и главной передачи, карданный вал, маховик и др.
Коэффициент δвр определяют для каждой передачи по формуле
δвр = 1,05 + 0,07 i к2 |
(35) |
где iк – передаточное число коробки передач.
Расчетные значения δвр для «Москвич»-412 И Э |
Таблица 12 |
||||
|
|
||||
Передача |
I |
II |
III |
IV |
|
Передаточное число iк |
3,49 |
2,04 |
1,33 |
1,0 |
|
Коэффициент δвр |
1,9 |
1,34 |
1,17 |
1,13 |
|
Величину ускорений для каждого значения скорости движения автомобиля рассчитывают при условии максимального использования мощности двигателя и отсутствия буксования колес автомобиля по горизонтальной дороге с асфальтобетонным покрытием в хорошем состоянии, принимая ψ = f0 = 0,012.
Величину динамического фактора при заданном значении скорости V принимают из таблицы 10.
Результаты расчета ускорений по формуле (34) на каждой передаче заносят в таблицу 13.
25
Таблица 13 Результаты расчета ускорений автомобиля «Москвич»-412 И Э
(ψ = f = 0,012)
Пере- |
V, км/ч |
7,46 |
15,36 |
23,28 |
24,16 |
31,2 |
39,12 |
47,0 |
48,0 |
52,9 |
дача |
D |
0,31 |
0,33 |
0,34 |
0,34 |
0,33 |
0,31 |
0,27 |
0,26 |
0,23 |
I |
j, м/с2 |
1,54 |
1,64 |
1,69 |
1,69 |
1,64 |
1,54 |
1,33 |
1,31 |
1,13 |
II |
V, км/ч |
1,53 |
25,8 |
39,16 |
40,62 |
52.48 |
65,8 |
79,12 |
80,85 |
88,98 |
D |
0,20 |
0,216 |
0,218 |
0,218 |
0,21 |
0,19 |
0,164 |
0,155 |
0,130 |
|
|
j, м/с2 |
1,38 |
1,49 |
1,51 |
1,51 |
11,45 |
1,31 |
1,11 |
1,05 |
0,86 |
III |
V, км/ч |
19,33 |
39,8 |
60,33 |
62,59 |
80,84 |
101,4 |
121,9 |
124,6 |
137,1 |
D |
0,116 |
0,121 |
0,116 |
0,116 |
0,104 |
0,08 |
0,05 |
0,046 |
0,022 |
|
|
j, м/с2 |
0,87 |
0,91 |
0,87 |
0,87 |
0,77 |
0,57 |
0,32 |
0,29 |
0,08 |
IV |
V, км/ч |
25,8 |
53,08 |
30,44 |
83,45 |
107,8 |
135,2 |
162,5 |
166,1 |
182,8 |
D |
0,09 |
0,085 |
0,074 |
0,072 |
0,053 |
0,022 |
-0,02 |
-0,02 |
-0,05 |
|
|
j, м/с2 |
0,68 |
0,63 |
0,54 |
0,52 |
0,36 |
0,09 |
-0,28 |
-0,31 |
-0,54 |
По результатам расчета строят графики зависимости j (V) (рисунок 6). Абсциссы точек пересечения графиков j (V) на смежных передачах определяют
оптимальные скорости переключения передач при максимальной интенсивности разгона полностью загруженного автомобиля. Для автомобиля «Москвич»-412 И Э скорости переключения передач с первой на вторую V1-2 ≈ 42 км/ч (11,7 м/с), второй на третью V2-3 ≈ 90 км/ч (25 м/с), с третьей на четвертую V3-4 ≈ 130 км/ч (36,1 м/с). Разрыв между графиками ускорений на II и III передачах указывает на неоптимальный выбор передаточных чисел коробки «Москвич»-412 И Э, что подтверждено его эксплуатацией.
Рисунок 6 Графики ускорений автомобиля «Москвич»-412 И Э
26
2.5.2Время и путь разгона автомобиля
Определяют графоаналитически. Для этого диапазон скоростей движения при разгоне на каждой передаче разбивают на 3 …. 5 интервалов (для низших передач берут большее число интервалов).
На каждом интервале определяют:
-начальную VН и конечную VК скорости движения автомобиля (из таблице
10, 13);
-начальное jН и конечное jК ускорения (из таблице 13);
-рассчитывают среднее ускорение автомобиля на интервале:
jСР = jH +2 jK
- время разгона на интервале:
∆V
∆ti = jСР
- общее время разгона от V = 0 до Vмах :
t = Σ ∆ti = ∆t1 + ∆t2 + ∆t3 + … - путь, проходимый автомобилем на каждом интервале:
∆Si = VH +2 VK ∆ti
- общий путь разгона автомобиля:
S = Σ ∆Si = ∆S1 + ∆S2 + ∆S3 + …
(36)
(37)
(38)
(39)
(40)
Во время переключения передач автомобиль движется накатом, скорость его движения при этом снижается.
Время tП переключения передач зависит от квалификации водителя, конструкции коробки передач и типа двигателя и составляет 0,5…1,5 с для автомобилей с карбюраторным двигателем, 1…4 с для дизелей. Для новых моделей принимают меньшие значения t.
Для автомобиля «Москвич»-412 И Э выбираем t = 0,7 с. Снижение скорости ∆V за время переключения передач:
∆VП = 33 tП ψ, м/ с |
(41) |
Величина пути, пройденного автомобилем за время переключения передачи:
∆SП = (VHП −17 tП ψ) tП , м |
(42) |
Результаты расчета пути и времени разгона заносят в таблицу (таблица 14).
27
Таблица 14 Расчет пути и времени разгона автомобиля «Москвич»-412 И Э
№ |
|
Скорость |
Ускорение, м/с2 |
Время |
Путь |
||||||
интервала |
движения, м/с |
|
|
|
разгона, с |
разгона, м |
|||||
|
Vк |
Vср |
jн |
jк |
jср |
∆t |
tΣ |
∆S |
SΣ |
||
|
Vн |
|
|||||||||
1 |
2 |
|
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
|
|
|
|
|
I передача |
|
|
|
|
|
|
1 |
0 |
|
2,07 |
1,04 |
0 |
1,54 |
0,77 |
2,69 |
2,69 |
2,79 |
2,79 |
2 |
2,07 |
|
4,27 |
3,16 |
1,54 |
1,64 |
1,59 |
1,38 |
4,07 |
4,37 |
7,16 |
3 |
4,27 |
|
6,71 |
5,49 |
1,64 |
1,69 |
1,67 |
1,46 |
5,53 |
8,02 |
15,18 |
4 |
6,71 |
|
8,67 |
7,69 |
1,69 |
1,64 |
1,67 |
1,17 |
6,7 |
8,99 |
24,17 |
5 |
8,67 |
|
11,7 |
10,19 |
1,64 |
1,5 |
1,57 |
1,93 |
8,63 |
19,7 |
43,87 |
Переключение с I на II передачу:
∆Vп = 33 · 0,7 · 0,012 = 0,28 м/с
∆Sп = (11,7 – 17 · 0,7 · 0,012) · 0,7 = (11,7 – 0,1428) · 0,7 = 8,09 м.
Начальная скорость движения на II передаче:
VII = 11,7 – 0,28 = 11,42 м/с
Начальный путь SII = 43,87 = 8,09 = 51,96 м.
Продолжение таблицы 14
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
1 |
11,42 |
14,58 |
13 |
1,51* |
1,45 |
1,48 |
0,13 |
9,33 |
27,7 |
79,7 |
2 |
14,58 |
18,28 |
16,43 |
1,45 |
1,31 |
1,38 |
2,68 |
11,46 |
44 |
123,7 |
3 |
18,28 |
24,72 |
21,5 |
1,31 |
0,86 |
1,09 |
5,9 |
17,36 |
126,9 |
250,6 |
* В качестве начального принимаем ближайшее значение ускорения из таблицы 13.
Переключение со II на III передачу
∆Vп = 33 · t · ψ= 33 · 0,7 · 0,012 = 0,28 м/с
∆Sп = (24,72 – 17 · 0,7 · 0,012) · 0,7 = (24,72 – 0,1428) ·0,7 = 17,2 м.
Начальная скорость на III передаче
∆VIII = 24,72 – 0,28 = 24,44 м/с
Начальный путь SIII = 250,6 + 17,2 = 267,8.
28
Продолжение таблицы 14
III передача
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
1 |
24,44 |
28,16 |
26,16 |
0,67* |
0,57 |
0,52 |
7,15 |
25,2 |
188 |
455,8 |
2 |
28,16 |
34,6 |
31,4 |
0,57 |
0,29 |
0,43 |
15 |
40,2 |
471 |
927 |
* Начальное ускорение принимаем из графика рис. 6.
Переключение с III передачи на IV передачу
∆Vп= 0,28 м/с
∆Sп= (34,6 – 17 · 0,7 · 0,012) · 0,7 = (34,6 – 0,1428) ·0,7 = 24,1 м.
Начальный путь SIV = 927 + 24,1 = 951 м.
Продолжение таблицы 14
IV передача
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
1 |
34,32 |
38,9 |
36,6 |
0,29 |
0 |
0,145 |
28 |
69 |
1025 |
1952 |
По результатам расчетов таблицы 14 строим графики пути S и времени разгона автомобиля. Для удобства дальнейших расчетов топливной экономичности, в отличие от предыдущих графиков строят зависимость скорости V движения автомобиля от величины пройденного пути S и времени tp разгона (рисунок 7).
Рисунок 7. Графики изменения скорости V автомобиля в зависимости от пройденного S пути при разгоне и времени t разгона
29
Из таблицы 14 и рисунка 7 следует, что автомобиль «Москвич»-412 И Э разгоняется до максимальной скорости за 69 с, проходя путь 1952 м. Время разгона до 100 км/ч составляет приблизительно 22 с. Отклонение от паспортных данных времени разгона – 20 с составляет 10%. Путь разгона до 100 км/ч составляет ≈ 390 м.
2.6 Динамическое преодоление подъема
Определение максимального подъема, преодолеваемого автомобилем, описанное ранее, относится к случаю, когда автомобиль движется равномерно. Также автомобиль может преодолевать подъемы, двигаясь с разгона, используя накопленную кинетическую энергию. Подъемы, преодолеваемые с разгона, могут быть круче, чем при равномерном движении, однако длина их ограничена.
При расчете длины подъема считают, что автомобиль приближается к подъему с максимальной скоростью. В начале подъема коэффициент сопротивления дороги увеличивается от ψ1 до ψ2. Конечная скорость движения на подъем определяется абсциссой точки пересечения графиков ψ(V) и D (V).
Графики изменения скорости V движения автомобиля в зависимости от длины S подъема и времени tП движения на подъем строятся также как графики разгона.
Замедление автомобиля при движении на подъем определяем как
j3 = |
D −ψ |
g, м/с2 |
(43) |
|
|||
|
δВР |
|
|
где ψ = i + f – коэффициент сопротивления дороги при движении на подъем. Для дальнейших расчетов принимаем ψ = f = 0,012, тогда при движении автомобиля на подъем с углом α = 6,5°, i = tg(α) = 0,114 и ψ = i + f = 0,114 + 0,012
= 0,126.
Величину δвр принимаем из таблицы 12.
Подставляя в формулу (43) значения ψ = 0,126 и δвр получим: - для четвертой передачи
j3 = |
D4 |
− 0,126 |
9,81, м/с2 |
(44) |
|||
|
|
1,13 |
|
||||
- для третьей передачи |
|
|
|
|
|
|
|
|
D3 |
− 0,126 |
|
|
|
||
j3 = |
|
|
9,81, м/с2 |
(45) |
|||
|
|
1,17 |
|
||||
- для второй передачи |
|
|
|
|
|
|
|
|
D2 |
− 0,126 |
|
|
|
||
j3 = |
|
|
9,81, м/с2 |
(46) |
|||
|
|
1,34 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
и т. д.
Также как при расчете разгона диапазон скоростей движения на каждой передаче разбиваем на интервалы.
30