Расчет тягово-скоростных свойств и топливной экономичности автомобиля

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное Агентство по Образованию Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования Новосибирский Государственный Технический Университет Кафедра ТМС Курсовая работа

«Расчет тягово-скоростных свойств и топливной экономичности автомобиля»

Выполнил: Колесов Р.В.

Факультет: МТ Группа: ТА — 502

Принял: Гилета В.П.

Новосибирск 2009 г.

Исходные данные курсовой работы Задание № 14 Расчет тягово-скоростных свойств и топливной экономичности автомобиля УАЗ-31 512

Номер варианта 14.

Марка автомобиля УАЗ-31 512.

Колесная формула 4^х4.

Тип двигателя — бензиновый карбюраторный Дорожные условия эксплуатации автомобиля:

Техническая характеристика автомобиля:

Введение

Основной целью курсовой работы является углубление и закрепление знаний, полученных при изучении курса «Конструкция, расчет и потребительские свойства изделий» и развитие навыков по расчету эксплуатационных свойств автомобилей, необходимых для движения в заданных дорожных условиях. Упомянутая цель достигается на основе выполнения расчетов и построения тягово-скоростных и топливно-экономических характеристик автомобиля.

1. РАСЧЕТ ТЯГОВО-СКОРОСТНЫХ СВОЙСТВ АВТОМОБИЛЯ Тягово-скоростными называют свойства, определяющие возможные по характеристикам двигателя или сцепления ведущих колес с дорогой диапазоны изменения скоростей движения и предельные интенсивности разгона автомобиля при его работе на тяговом режиме в различных дорожных условиях. Методы оценки тягово-скоростных свойств могут быть использованы для решения двух задач:

1. анализ скоростей, ускорений автомобиля с заданными конструктивными параметрами в различных дорожных условиях;

2. синтез конструктивных параметров, которые могут обеспечить необходимые значения скоростей и ускорений в заданных, а также в предельных дорожных условиях движения.

Возможны также сравнение автомобилей по показателям тягово-скоростных свойств и оценка их технического уровня и качества по степени соответствия нормируемым и рекомендуемым значениям этих показателей.

1.1 РАСЧЕТ ВНЕШНЕЙ СКОРОСТНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЯ Скоростной характеристикой называется зависимость эффективной мощности и крутящего момента двигателя от угловой скорости коленчатого вала. У двигателей различают два типа скоростных характеристик: внешнюю (предельную) и частичные. Внешнюю скоростную характеристику получают при полной нагрузке двигателя, т. е. при полной подаче топлива; частичные — при неполных нагрузках двигателя или при неполной подаче топлива.

Тягово-скоростные свойства подвижного состава определяют при работе двигателя только на внешней скоростной характеристике.

Скоростные характеристики двигателей получают экспериментальным путем при испытании двигателей на специальных стендах.

При отсутствии экспериментальных данных внешнюю скоростную характеристику можно получить расчетным путем, используя эмпирическую зависимость, предложенную профессором Р. С. Лейдерманом, позволяющую по координатам одной точки найти остальные текущие значения. В качестве координат известной точки используют значения максимальной мощности и угловую скорость коленчатого вала при этой мощности:

N_e = N_emax[a•?_e/?_N + b•(?_e/?_N)² — c•(?_e/?_N)³ (1)

где N_e — текущее значение эффективной мощности двигателя, кВт

N_emax — максимальная эффективная мощность двигателя, кВт;

?_e — текущее значение угловой скорости коленчатого вала двигателя, рад/с;

?_N — угловая скорость коленчатого вала двигателя при максимальной мощности, рад/с;

а, b и с — постоянные коэффициенты, зависящие от типа и конструкции двигателя, их значения приведены табл. 1.

Таблица 1. Значение коэффициентов а, b, c

Крутящий момент на коленчатом вале двигателя (Н•м) для тех же значений угловой скорости определяют по формуле:

M_e = M_N[a + b•(?_e/?_N) — c•(?_e/?_N)² (2)

где M_N — момент на коленчатом вале при максимальной мощности двигателя, определяемый из соотношения M_N = 1000N_emax/?_N, Н•м.

Мощность и крутящий момент двигателя определяют для 6−7 значений угловой скорости в диапазоне от минимально устойчивой ?_emin до максимальной ?_emax. В курсовой работе для всех транспортных средств следует принять ?_emin — 60…100 рад/с. Максимальную угловую скорость рекомендуется выбирать: для легковых автомобилей ?_emax = (1,03… 1,2) ?_N; для автомобилей средней и большой грузоподъемности или пассажировместимости ?_emax = (0,85… 1, 0)?_N; для остальных автомобилей ?_emax = ?_N. Если двигатель имеет ограничитель максимальной угловой скорости (им иногда снабжаются карбюраторные двигатели грузовых автомобилей и автобусов и всегда дизельные двигатели), то он включается в работу при угловой скорости коленчатого вала двигателя, равной ?_{e огр} = (0,8…1,0)?_N. В этом случае кривые N_e = f (?_e) и М_е = f (?_e) обрываются при ?_emax = ?_огр и соединяются прямыми линиями с точкой на оси абцисс, соответствующей ?_emax = ?_огр + (8…12), рад/с, а дальнейшее протекание кривых мощности и момента показывают штриховой линией.

Данные для построения графиков внешней скоростной характеристики заносятся в табл. 2.

Таблица 2. Параметры внешней скоростной характеристики двигателя

Расчёт:

Из формулы 1.

N_e = 66[1•0,1 +1•0,01 -1•0,001] = 7,194 кВт;

N_e = 66[1•0,2 + 1•0,04 -1•0,008] = 15,312 кВт;

N_e = 66[1•1,2 + 1•1,44 -1•1,728] =60,192 кВт.

Из формулы 2.

?_N = 3,14•4000/30 = 418,879 Рад/с ;

M_N = 1000•66/418,879 = 157,56 Н•м;

M_e = 157,56 [1 + 1•0,1 -1•0,01] = 171,74 Н•м;

M_e = 157,56 [1 + 1•0,2 — 1•0,04] = 182,76 Н•м;

M_e = 157,56 [1 + 1•1,2 -1•1,44] = 119,74 Н•м.

?_e = 0,1• ?_N.

?_e = 0,1•418,879 = 41,88Рад/с ;

?_e = 0,2•418,879 = 83,77 Рад/с ;

?_e = 1,2•418,879 = 502,65 Рад/с ;

Следует отметить, что максимум мощности и крутящего момента развивается не при одинаковой угловой скорости.

1.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ СИЛОВОЙ ПЕРЕДАЧИ

1.2.1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЕРЕДАТОЧНОГО ЧИСЛА ГЛАВНОЙ ПЕРЕДАЧИ Передаточное число главной передачи i₀ определяется из условия движения автомобиля по горизонтальной дороге с твердым покрытием со скоростью V_max на прямой передаче и при полной нагрузке:

i₀ = 3,77(3,6)•r_k•?_max/(V_max•i_кв•i_дв) (3)

где r_k — радиус качения колеса, м; i₀ — передаточное число высшей передачи коробки передач. В основном i_кв = 1. Если высшей будет ускоряющая передача, то i_кв = 0,7…0,85 [1,4]; i_дв — передаточное число высшей передачи в дополнительной коробке передач, i_дв = 1… 1,5 [1,2].

Радиус качения колеса r_k м, при дюймовой маркировке шин определяют по формуле:

r_k = 0,0127(d" + K_ш•Н") (4)

где d" и H" - диаметр обода и высота профиля шин в дюймах; К_ш — коэффициент деформации шин, К_ш = 1,72… 1,76 — шины легковых автомобилей, К_ш = 1,78… 1,82 — шины грузовых автомобилей и автобусов.

Из формулы 4.

r_k = 0,0127(15 + 1,72•8,4) = 0,373 м.

Из формулы 3.

i₀ = 3,6•0,373•502,65/(115 •1,25•1) = 4,69 (4,625 — паспорт)

1.2.2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЕРЕДАТОЧНЫХ ЧИСЕЛ КОРОБКИ ПЕРЕДАЧ Передаточные числа коробки передач начинают определять с первой передачи i_k1. Его выбирают из условия движения при заданном сопротивлении и отсутствии буксования ведущих колес:

Р_сц? Р_т? Р_д,

где P_сц — максимальная касательная реакция на ведущих колесах, реализуемая по условиям сцепления; Р_т — сила тяги, передаваемая от двигателя на ведущие колеса; Р_д — сила суммарного дорожного сопротивления.

Из условия возможности движения при заданном сопротивлении:

i_k1? ?_max•G_a•r_k/M_e max•?_тр•i₀ (5)

Из условия отсутствия буксования:

i_k1? ?_k•G_a•?•r_k/M_{e max}•?_тр•i₀ (6)

где ?_max — коэффициент максимального дорожного сопротивления; G_a — полный вес автомобиля; M_{e max} — максимальный крутящий момент двигателя, Н•м, определяется по внешней скоростной характеристике; ?_тр — коэффициент полезного действия трансмиссии; ?_k — коэффициент нагрузки ведущих колес, принимаемый для автомобилей с колесной формулой 4×2, 6×4 — 0,75; а с колесной формулой 4×4 и 6×6 — 1,0;? — коэффициент сцепления ведущих колес с дорогой, принимается в пределах 0,5…0,7.

Коэффициент максимального дорожного сопротивления для одиночных легковых и грузовых автомобилей принимают ?_max = 0,35…0,4 (для переднеприводных автомобилей не более 0,35); для автопоездов ?_max = 0,20…0,24; для городских и междугородных автобусов ?_max = 0,22…0,25; для автобусов общего назначения ?_max = 0,28…0,32; для автомобилей повышенной проходимости ?_max = 0,60…0,70.

Передаточное число первой передачи подбирают по формуле (5) и проверяют по формуле (6).

Из формулы 5.

i_k1? 0,37•21 500•0,373/(196,95•0,85•4,69) = 3,77(3,78 — паспорт) Из формулы 6.

i_k1? 1,0•21 500•0,5•0,373/(196,95•0,85•4,69) = 5,1

3,77? i_k1? 5,1 => i_k1 = 3,8.

Передаточные числа промежуточных передач выбирают из условий обеспечения оптимальных как тягово-скоростных, так и топливно-экономических свойств. Существуют различные методики выбора. Одни предусматривают получение наилучших разгонных свойств, когда при разгоне автомобиля на различных передачах сохраняется постоянство интервала частоты вращения коленчатого вала двигателя; другие — оптимальной топливной экономичности; третьи — наибольшей средней скорости в некоторых заданных условиях движения.

При расчетах коробок передач широко используется первый способ, когда разгон на каждой промежуточной передаче начинается с одной и той же частоты вращения коленчатого вала, что обеспечивает наилучшее использование мощности двигателя, а получаемый ряд промежуточных чисел подчиняется закону геометрической прогрессии:

i_k1/i_k2 = i_k2/i_k3 = … i_{k (n-1)}/ i_k1n = q (7)

где qзнаменатель геометрической прогрессии.

Таким образом, определив передаточное число коробки на первой передаче, можно найти передаточные числа промежуточных передач по формуле:

i_km = (8)

где т — порядковый номер передачи; п — число ступеней в коробке передач, не считая ускоряющей передачи и заднего хода.

У большинства выпускаемых в настоящее время автомобилей передаточные числа высших передач (между четвертой и пятой) сближены, а для низших (между первой и второй и между второй и третьей) раздвинуты на 5… 15% по сравнению с расчетными данными.

Окончательно передаточные числа коробки передач корректируют при выборе параметров зубчатого зацепления при проектировании этого узла. В курсовой работе такой расчет не выполняется.

Из формулы 8.

i_k2 = = 2,44;

i_k3 = = 1,56;

i_k4 = = 1,00.

1.3 СИЛОВОЙ БАЛАНС АВТОМОБИЛЯ Представим уравнение движения подвижного состава в следующем виде:

Р_т = Р_? + Р_в + Р_j (10)

где Р_т — сила тяги на ведущих колесах автомобиля, Н; Р_? — сила сопротивления дороги, Н; Р_в — сила сопротивления воздуха, Н; Р_j — сила сопротивления инерции, Н.

Уравнение движения в такой форме называется уравнением силового баланса подвижного состава.

Оно выражает соотношение между тяговой силой на ведущих колесах и силами сопротивления движению.

На основании уравнения (10) строится график силового баланса, позволяющий оценить тягово-скоростные свойства автомобиля.

Сила тяги на ведущих колесах автомобиля определяется по формуле

(11)

где М_е — текущее значение крутящего момента двигателя, Н • м (см. табл. 2); ?_тр — коэффициент полезного действия трансмиссии.

Коэффициент полезного действия трансмиссии определяет потерю мощности при передачи ее от двигателя к ведущим колесам автомобиля. Величина КПД зависит от типа главной передачи (одинарная, двойная), от колесной формулы автомобиля и согласно экспериментальным данным может быть принята: для легковых автомобилей — 0,92; для грузовых двухосных автомобилей и автобусов с одинарной главной передачей (4×2) — 0,90; для грузовых двухосных автомобилей и автобусов с двойной главной передачей (4×2) — 0,84; для двухосных грузовых автомобилей повышенной проходимости (4×4) — 0,85; для трехосных грузовых автомобилей и автобусов с приводом на среднюю и заднюю оси (6×4) и для полноприводных автомобилей (6×6) — 0,80; для гоночных и спортивных автомобилей — 0,90. 0,95.

Сила сопротивления дороги Р_? = G_a(f cos? ± sin ?) (12)

где G_a — сила тяжести автомобиля, Н; f — коэффициент сопротивления качению;? — угол продольного уклона дороги.

Выражение в скобках называется коэффициентом сопротивления дороги и обозначается ?:

? = f cos? ± sin ?. (13)

В уравнении (13) знак «+» соответствует движению автомобиля в гору, а знак «-» — под гору.

При небольших значениях угла? синус может быть заменен тангенсом. В дорожном строительстве тангенс угла наклона дороги к горизонту называют продольным уклоном i и выражают в тысячных (промилле, ‰) или в процентах.

Например, уклон одной и той же крутизны может быть обозначен: i = 30 ‰, i = 3 ‰, i = 0,03.

Коэффициент сопротивления качению не является постоянной величиной и зависит от скорости движения автомобиля. Одна из наиболее простых эмпирических формул имеет следующий вид:

(14)

где f₀ — коэффициент сопротивления качению при малой скорости, принимается по табл. 3 в зависимости от типа дорожного покрытия.

Таблица 3. Коэффициент сопротивления качению

Сила сопротивления воздуха

(15)

где k_В — коэффициент сопротивления воздуха, Н с²/м⁴; F — площадь лобового сопротивления автомобиля, м²; V — скорость движения автомобиля, км/ч.

При определении силы сопротивления воздуха обычно используют не коэффициент обтекаемости с_х (коэффициент лобового сопротивления), который определяется в основном формой автомобиля, а коэффициент сопротивления воздуха k_В, численное значение которого равно силе сопротивления воздуха, действующей на 1 м² лобовой площади автомобиля при относительной скорости потока воздуха 1 м/с.

Коэффициент сопротивления воздуха равен 0,2…0,35 Нс²/м⁴ для лег ковых автомобилей; 0,35…0,4 Нс²/м⁴ — для автобусов и 0,6…0,7 Нс²/м⁴ — для грузовых автомобилей. Прицепы увеличивают сопротивление воздуха, так как увеличивается наружная поверхность трения и имеются завихрения между тягачом и прицепами. При этом каждый прицеп увеличивает сопротивление воздуха в среднем на 15. .25%.

Площадь лобового сопротивления зависит от типа подвижного состава. Приближенное ее значение может быть вычислено по следующим выражениям:

* для грузовых автомобилей и автобусов

F = B•H_a, (16)

где В — колея подвижного состава, м; H_a — наибольшая высота подвижного состава, м;

* для легковых автомобилей

F = 0,78•B_a •H_a, (17)

где B_a, — наибольшая ширина автомобиля, м.

По данным табл. 2, по параметрам силовой передачи определяются: скорость движения автомобиля в зависимости от угловой скорости коленчатого вала двигателя, силы тяги и сопротивления воздуха на всех передачах; сила сопротивления дороги и общее сопротивление движению (Р_? + Р_в) на прямой передаче.

Скорость автомобиля (км/ч) на различных передачах определяется по формуле

(18)

где ?_е — текущая угловая скорость коленчатого вала двигателя, рад/с; i_km -передаточное число коробки передач на соответствующей передаче.

Полученные при расчете данные сводятся в табл. 4 и по ним строят графики силового баланса.

Таблица 4. Данные для построения графиков силового баланса

Из формулы (17) F = 0,78•B_a •H_a = 0,78•2,38•1,99=2,69 424 м²

Движение авто происходит по грунтовой дороге в период распутицы, принимаем f₀ =0,10. При i=0,015,? = arctgi = arctg0,015 =0°, 859

При построении графиков силового баланса сначала строят тяговые характеристики автомобиля на различных передачах. Затем наносят зависимость силы сопротивления дороги от скорости (на высшей передаче). После этого строят суммарную кривую (Р_? + Р_в) =f (V), для этого от силы сопротивления дороги откладывают значения силы сопротивления воздуха при различных скоростях движения.

Рис. 2. График силового баланса подвижного состава С помощью графика силового баланса определяют тягово-скоростные свойства автомобиля: максимальную скорость движения автомобиля V_max; максимальное сопротивление дороги и максимальную величину подъема, которые может преодолеть подвижной состав; ускорение, которое способен развить автомобиль при выбранной скорости движения на заданной дороге; буксование ведущих колес.

1.4 МОЩНОСТНОЙ БАЛАНС АВТОМОБИЛЯ Мощностной баланс показывает распределение мощности двигателя на всех передачах по отдельным видам сопротивлений.

По аналогии с уравнением силового баланса можно записать уравнение мощностного баланса подвижного состава:

N_т = N_? + N_в + N_j, (19)

где N_т — тяговая мощность (мощность, подводимая к колесам), кВт; N_? — мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления дороги, кВт; N_в — мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления воздуха, кВт; N_j — мощность, затрачиваемая на разгон автомобиля, кВт.

Тяговую мощность определяют для каждой передачи по формуле

N_т=F_тV/3,6. (20)

Мощности N_? и N_в определяются по формулам:

N_? = ?G_a V/3,6 (21)

N_в =F_aV/3,6 (22)

Мощности N_? и N_в зависят от скорости движения транспортного средства, а не от включенной передачи и определяются в диапазоне от

V_min до V_max (от ?_min до ?_max).

На основании уравнения (19) строится график мощностного баланса автомобиля, представляющий собой зависимость от скорости движения тяговой мощности, а также мощностей, затрачиваемых на преодоление сопротивления движению.

Таблица 5 Данные для построения графиков мощностного баланса

При построении графика мощностного баланса вначале строят кривые тяговой мощности N_т в зависимости от скорости движения на различных передачах. Далее строят кривую мощности, затрачиваемую на преодоление сопротивления дороги N_?. Потом от кривой мощности N_? откладывают вверх значение мощности N_в, затрачиваемой на преодоление сопротивления воздуха при различных скоростях движения.

Рис. 3. График мощностного баланса Для любой скорости ордината N₃, заключенная между кривыми N_т и N_? + N_в, характеризует запас мощности, который может быть израсходован на разгон автомобиля, на преодоление дополнительного дорожного сопротивления или на буксировку прицепа.

С помощью графика мощностного баланса можно оценить тягово-скоростные свойства автомобиля и определить максимальную скорость движения, величину ускорения, максимальный подъем, который преодолеет автомобиль при заданной постоянной скорости движения, и другие параметры.

1.5 Построение динамического паспорта автомобиля Динамический паспорт автомобиля представляет собой совокупность динамической характеристики, номограммы нагрузок и графика контроля буксования.

Динамический паспорт автотранспортного средства позволяет решать уравнение движения с учетом его конструктивных параметров, основных характеристик дороги (коэффициентов) и нагрузки на автомобиль.

Динамическая характеристика представляет собой зависимость динамического фактора автомобиля с полной нагрузкой от скорости движения на всех передачах.

Динамическим фактором по тяге называется отношение разности силы тяги и силы сопротивления воздуха к полному весу подвижного состава Ga, H:

(20)

Результаты расчетов динамического фактора от скорости движения автомобиля на различных передачах сводятся в табл.5 и по ним строится динамическая характеристика транспортного средства.

Таблица 5 Данные для расчета динамической характеристики автомобиля

При составлении табл.5 значения параметров, V, Рт, Рв, нужно взять из табл. 3.

При эксплуатации автомобиль может иметь частичную или полную загруженность, а также работать в составе автопоезда. В этом случае значение динамического фактора также будет меняться. Чтобы не пересчитывать при каждой загрузке величину Dа, динамическую характеристику дополняют номограммой загрузок, которую строят следующим образом. Ось абсцисс динамической характеристики продолжают влево и на ней откладывают отрезок произвольной длины. На этом отрезке откладывают степень загрузки автомобиля (для грузовых автомобилей) или указывают число пассажиров (для легковых автомобилей и автобусов). Через нулевую точку проводят прямую, параллельную оси D_a, и на ней наносят шкалу динамического фактора Do для автотранспортных средств без загрузки.

(21)

где Go — вес автомобиля с нулевой загрузкой (собственный вес).

Масштаб для шкалы Dо определяется из соотношения

(22)

где — масштаб для шкалы D_a, ед/мм.

Масштаб выбирается произвольно, исходя из условия рационального расположения кривых на графике D_a, = f (V).

Для построения номограммы перегрузок ось абсцисс динамической характеристики продолжают вправо и на продолжении в произвольном масштабе откладывают степень загрузки автомобиля в процентах от: 100 до 150%, т. е. когда вес автопоезда в два раза превышает вес полностью загруженного автомобиля (Gaп = 2Ga). Через точку, соответствующую стопроцентной загрузке автомобиля, проводят перпендикуляр, на котором повторяют шкалу D_a, в том же масштабе. Через точку, соответствующую загрузке 150%, проводят перпендикуляр и откладывают на нем значения динамического фактора, который определяют по формуле

(23)

Масштаб для шкалы D_ап определяют из следующего соотношения:

(24)

Равнозначные значения шкал D₀ и D_a; D_a и D_ап соединяют прямыми линиями.

При равномерном движении D =, в этом случае динамический фактор определяет дорожное сопротивление, которое может преодолеть автомобиль на соответствующей передаче при определенной скорости.

Величина динамического фактора по тяге ограничена сцеплением колес с дорогой. Для безостановочного движения подвижного состава без пробуксовывания ведущих колес необходимо соблюдение следующего условия:

График контроля буксования представляет собой зависимость динамического фактора по сцеплению от нагрузки и позволяет определять предельные возможности движения по условиям сцепления. Этот график строят следующим образом. Определяют динамический фактор по сцеплению для автомобиля с полной нагрузкой D_a сц и без нее Do сц для различных коэффициентов сцепления = 0,1; 0,2;…0,8 по формулам:

(25)

(26)

где Рcц — сила сцепления ведущих колес с дорогой, Н;

G₂ — вес автомобиля, приходящийся на ведущие колеса, Н;

— коэффициент сцепления.

Затем значения D_a сц откладывают на оси Da номограммы нагрузок, а значения

Do сц — на оси D₀ и полученные значения при выбранной величине соединяют прямой штриховой линией, на которой указывают величину коэффициента сцепления. График контроля буксования строится только для недогруженного автомобиля (левая часть). Примерный вид динамического паспорта автомобиля показан на рис. 4.

Рис. 5. Динамический паспорт автомобиля

1.6 Приемистость автомобиля Под приемистостью автомобиля понимают его способность быстро увеличивать скорость движения. Оценочными показателями являются: максимально возможное ускорение, время разгона, путь разгона. Обычно эти показатели определяются экспериментально, но могут быть определены и расчетным путем.

1.6.1 Ускорение при разгоне Величину ускорений автотранспортных средств на каждой передаче рассчитывают из условия разгона их с полной нагрузкой на горизонтальном участке в заданных дорожных условиях по формуле

(27)

где g — ускорение свободного падения, м/с²;

— коэффициент учета вращающихся масс.

Коэффициент учета вращающихся масс можно рассчитать по формуле

(28)

где — передаточные числа основной и дополнительной коробок передач.

Для определения ускорений при разгоне на динамической характеристике выбирают несколько значений скорости V на каждой передаче и соответствующие этим скоростям значения динамического фактора D (см. табл. 5). Данные для построения графиков j = f (V) и l/j = f (V) сводятся в табл. 6.

Таблица 6. Данные для построения графиков ускорений и величин обратных ускорениям

Характерной особенностью ускорений грузовых автомобилей и городских автобусов является то, что при больших значениях передаточного числа первой передачи ускорение на ней может быть меньше, чем на второй передаче, а при максимальной скорости движения расчетное значение ускорения не равно нулю.

Рис. 6. График ускорений автомобиля

1.6.2. Время и путь разгона Очень удобными оценочными показателями приемистости автомобиля являются время и путь разгона в заданном интервале скоростей. Для достижения максимальной интенсивности разгона используют ускорения, максимально возможные при данной скорости. Разгон начинают на передаче, предназначенной для трогания с места, при минимальной устойчивой скорости движения V_min, а заканчивают при V_max или при j? 0. Предполагают, что ускорение в каждом интервале изменения скорости постоянно. Тогда время разгона в этом интервале:

t_i = (V_i+1 — V_i)/(3,6•j_срi) (31)

где (V_i+1 — V_i) — рассматриваемый интервал скоростей, км/ч;

j_срi = (j_i + j_i+1)/2 — среднее ускорение в интервале изменения скоростей

V_i < V < V_i+1; j_i и j_i+1 — ускорения в начале и конце рассматриваемого участка.

Общее время разгона t_p от скорости V_min до V_max равно сумме составляющих времени разгона? t_i и суммарному времени, затраченному на переключение передач:

t_p = + t_n•(n_kn — 1) (32)

где t_n — время переключения передачи; n_кп — количество ступеней в коробке передач, используемых при разгоне автомобиля.

Время переключения передач зависит от типа двигателя, коробки передач и квалификации водителя. Так, для водителя высокой квалификации время переключения передач составляет 0,5… 1,0 с при бензиновом двигателе и 1,0. .4,0 с — при дизельном двигателе.

Для точности расчета интервалы скоростей принимают следующими: на низшей передаче — 2…3 км/ч, на промежуточных передачах −5…−10 км/ч и на высшей передаче — 10… 15 км/ч.

Из формулы 31.

t_p = 22,05с Графики времени и пути разгона строят, предполагая, что автомобиль начинает разгоняться со скоростью V_min. Графики строят графоаналитическим методом.

Для определения времени разгона по данным табл. 7 строится график величин, обратных ускорениям автомобиля.

График разбивают на ряд интервалов скоростей, в каждом из которых определяют площадь, заключенную между кривой и осью абсцисс. Эта площадь численно равна времени разгона автомобиля в этом интервале.

Поскольку величина, обратная ускорению, при скорости, близкой к максимальной, имеет большие значения, построения ограничивают скоростью V = 0,8V_max.

Данные для построения графика разгона сводятся в табл. 8.

Таблица 8. Данные для построения графика времени разгона

Примечание. V₁ = V_min, V_n = V_max.

При расчете условно считается, что разгон на каждой передаче осуществляется до максимальной угловой скорости коленчатого вала двигателя.

Уменьшение скорости за время переключения передач? V_n (км/ч) определяется по формуле:

?V_n = 3,6•t_n•?•g/?_вр' (33)

?V_n=3,6•1•0,14 917•9,8/1,04=5,06 км/ч где t_n — время переключения передач, с; ?_вр' - коэффициент учета вращающихся масс, когда двигатель отсоединен от ведущих колес автомобиля; ?_вр' = 1,04.

Расчет времени на следующей передаче производится с учетом уменьшения скорости за время переключения. На рис. 6 разбивка интервалов на второй передаче начинается со скорости У₅.

На графике (рис.7) t_p = f (V) время разгона откладывается нарастающим итогом.

Для определения пути разгона используются те же интервалы скоростей, которые были выбраны для определения времени разгона. При этом считается, что в каждом интервале скоростей происходит равномерное движение со средней скоростью:

V_cpi = (V_i-1 + V_i)/2 (34)

Путь, пройденный автомобилем в этом интервале (метрах):

?S_i = V_cpi•?t_i/3,6 (35)

или

?S_i = V_cpi•?V_i/(3,6²•j_cpi)? V_cpi•?V_i/(13•j_cpi 36)

Путь разгона определяется графическим интегрированием графика времени разгона. Для определения пути разгона подсчитывается площадь, заключенная между кривой разгона и осью ординат. Данные для построения графика разгона сводятся в табл. 9.

Таблица 9. Данные для построения графика пути разгона автомобиля

Полный путь разгона автомобиля от минимальной V_min до максимальной V_max скорости определяется по формуле:

S_p = ?S₁ + ?S₂ + … + ?S_n (37)

S_p=178.5м Определив значения пути разгона в различных интервалах, строят график пути разгона. Изломы кривой пути разгона, так же как и кривой времени разгона, соответствуют переключению передач.

За время переключения передач автомобиль проходит некоторый путь, величина которого:

S_n = (V_н/3,6 — 4,7•?•t_n)•t_n (38)

где V_н — скорость автомобиля в момент начала переключения передач.

S_n=10,315 м

2. ТОПЛИВНАЯ ЭКОНОМИЧНОСТЬ АВТОМОБИЛЯ Топливной экономичностью автомобиля называют совокупность свойств, определяющих расходы топлива при выполнении автомобилем транспортной работы в различных условиях эксплуатации.

Топливная экономичность автомобиля оценивается двумя группами измерителей. К первой группе относятся измерители топливной экономичности подвижного состава. Ко второй группе — измерители топливной экономичности двигателя автомобиля.

Измерителями первой группы являются расход топлива в литрах на единицу пробега подвижного состава (путевой расход топлива) Q_n, л/100 км, и расход топлива в граммах на единицу транспортной работы Q_р, г/т•км (пасс.-км).

Измерителями второй группы являются расход топлива в килограммах за час работы двигателя (часовой расход топлива) G_т, кг/ч, и удельный эффективный расход топлива в граммах на киловатт в час g_е, г/(кВт•ч).

Путевой расход топлива определяется по формуле:

Q_n = 100•Q/S (39)

где Q — общий расход топлива, л; Sпробег автомобиля, км.

Часовой расход топлива:

G_т = Q•?_т/Т (40)

где ?_т — плотность топлива, кг/л; Твремя работы двигателя, ч.

Удельный эффективный расход топлива:

g_e = 1000•G_т/N_e = 1000•Q•?_т/N_e•T (41)

2.1 ПОСТРОЕНИЕ ТОПЛИВНО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ Топливно-экономической характеристикой автомобиля называется зависимость путевого расхода топлива от скорости при установившемся движении по дорогам с различным сопротивлением.

Топливно-экономическая характеристика позволяет определять расход топлива по известным значениям скорости движения и коэффициента сопротивления дороги. Она может быть построена для любой передачи. Однако ее обычно строят для высшей передачи.

Топливная характеристика может быть построена на основании экспериментальных данных или расчетно-теоретическим способом.

При расчетно-теоретическом способе удельный эффективный расход определяется по формуле:

g_e = g_N•k_?•k_и, (42)

где g_N — удельный расход топлива при максимальной мощности двигателя, г/(кВт•ч), g_N = (l, 05…1,15)g_emin; k_? — коэффициент, учитывающий изменение удельного расхода топлива в зависимости от угловой скорости коленчатого вала; k_и — коэффициент, учитывающий изменение удельного расхода топлива в зависимости от степени использования мощности двигателя. Коэффициент k_? определяется в зависимости от соотношения по табл. 10.

Таблица 10

Значение коэффициента k_? в зависимости от соотношения ?_e/?_N.

Коэффициент k_И определяется по табл. 11 в зависимости от степени использования мощности двигателя И.

Таблица 11. Значение коэффициента k_И от степени использования мощности двигателя И.

Величина степени использования мощности определяется по формуле:

И = (N_? + N_в)/N_т (43)

Путевой расход топлива при пробеге 100 км равен:

Q_n = g_e•(N_? + N_в + N_j)/(10•V•?_т•?_тр) (44)

где Vскорость автомобиля, км/ч; ?_тр — КПД трансмиссии.

Расчет и построение топливно-экономической характеристики выполняется для двух значений коэффициента сопротивления дороги vj/ (заданного и? = 0,02) в следующей последовательности:

выбирается пять-шесть значений угловой скорости коленчатого вала двигателя в диапазоне ?_min до ?_max;

по отношению ?_e/?_N определяются значения ?_e (табл. 1) и k_? (табл. 10);

для полученных значений ?_e определяется скорость движения автомобиля на выбранной передаче и для этих скоростей по заданным коэффициентам сопротивления дороги определяются мощности, затрачиваемые на преодоление сопротивления дороги N_? и воздуха N_в и значение тяговой мощности на ведущих колесах N_т (см. график мощностного баланса);

по известным значениям N_? + N_B и N_т для каждого значения

скорости автомобиля V (или ?_е) определяется степень использования

мощности И и по полученным значениям находится k_и (см. табл. 11);

по найденным значениям коэффициентов k_? и k_и определяется

удельный эффективный расход топлива g_e;

используя уравнение (44), по полученным значениям g_e, V, N_?,

N_в, N_j определяется путевой расход топлива.

Данные для построения топливно-экономической характеристики сводятся в табл. 12.

Таблица 12.

Данные для построения топливно-экономической характеристики

2.2 ТОПЛИВНАЯ ЭКОНОМИЧНОСТЬ ДВИГАТЕЛЯ Текущее значение удельного расхода топлива g_e определяют по формуле:

g_e = g_eN[?₀ — ?₁(?_e/?_N) + ?₂(?_e/?_N)² (47)

где g_eN — удельный расход топлива на режиме максимальной мощности g_eN = (1,05… 1,10) g_{e min}, g_{e min} — минимальный удельный расход топлива. Коэффициенты уравнения регрессии для бензиновых двигателей равны ?₀ = ?₁ = 1,2; ?₂ = 1,0. Для дизельных двигателей ?₀= ?₁= 1,55; ?₂ = 1,0. Используя текущие значения удельного расхода топлива и эффективной мощности, определяют соответствующие им значения часового расхода топлива G_T из соотношения:

G_T = g_e• N_e (48)

Данные для расчета удельного и путевого расхода топлива сводятся в табл. 13.

Таблица 13 Параметры топливной экономичности двигателя

Расчёт:

Из формулы 47.

g_{e min} = 295 г/(кВч);

g_eN =310 г/(кВч);

g_e = 310[1,2 — 1,2•0,1 + 1•0,01] = 337,9 г/(кВч);

g_e = 310[1,2 — 1,2•0,2 + 1•0,04] = 310 г/(кВч);

g_e = 310[1,2 — 1,2•1,2 + 1•1,44] = 372 г/(кВч).

Из формулы 48.

G_T = 337,9•7,194 = 2430,853 кг/ч;

G_T = 310•15,312 = 4746,72 кг/ч;

G_T = 372•60,192 = 22 391,42кг/ч.

На основании расчетных данных строятся графики зависимости удельного и часового расхода от угловой скорости коленчатого вала.

топливный двигатель автомобиль скоростной СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ Вахлалюв В. К. Автомобили. Эксплуатационные свойства. — М: Изд. центр «Академия», 2006. — 240 с.

Гришкевич А. И. Автомобили: теория. — Минск: Высш. шк., 1986.-203 с.

Илларионов В, А. Эксплуатационные свойства автомобиля. — М.: Машиностроение, 1966. — 280 с.

Литвинов А. С, Фаробин Я. Е. Автомобиль. Теория эксплуатационных свойств. — М.: Машиностроение, 1989. — 240 с.

Смирнов Г. А. Теория движения колесных машин. — М.: Машиностроение, 1990. — 352 с.

Токарев А. А. Топливная экономичность и тягово-скоростные качества автомобиля. — М.: Машиностроение, 1982. — 224 с