Анализ тягово-скоростных свойств автомобиля ЗИЛ-4104

Министерство образования и науки Украины Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет Кафедра автомобилей КУРСОВАЯ РАБОТА по дисциплине «Автомобили» раздел «Теория»

на тему: «Анализ тягово-скоростных свойств автомобиля ЗИЛ-4104»

Выполнил: студент Кривуленко О.А.

Харьков 2009

1. Задание для расчетно-графического анализа и выбор исходных данных

2. Построение внешней скоростной характеристики двигателя

3. Построение графиков силового баланса динамической характеристики

4. Оценка показателей разгона автомобиля

5. График мощностного баланса автомобиля

6. Анализ тягово-скоростных свойств автомобиля

Перечень ссылок

1. Задание для расчетно-графического анализа и выбор исходных

данных В соответствии с заданием, в курсовой работе необходимо провести тягово-скоростной анализ автомобиля ЗИЛ-4104 при движении по дороге с суммарным коэффициентом дорожного сопротивления =0,014.

Из справочника выбираем для заданной модели автомобиля исходные данные для расчета и реальные значения основных параметров автомобиля для сравнений их с полученными расчетами. Выбранные параметры заносим в табл. 1., а реальные значения — в табл. 2.

Таблица 1 — Исходные данные для расчета

Таблица 2 — Реальные значения основных параметров автомобиля для сравнения их с полученными расчетами

2. Построение внешней скоростной характеристики двигателя Для построения внешней скоростной характеристики поршневого двигателя внутреннего сгорания используют эмпирическую формулу, позволяющую по известным координатам одной точки характеристики (Ne max и nN) воспроизвести всю кривую мощности:

(1)

где Ne — текущее значение мощности двигателя, соответствующее частоте вращения вала n, в кВт; А1 и А2 — эмпирические коэффициенты, характеризующие тип двигателя. Для карбюраторного двигателя А1 = А2 = 1, для дизельного двигателя А1 = 0,5, А2 = 1,5.

Для выбора текущего значения n диапазон частоты вращения вала двигателя от минимально устойчивых оборотов nmin до nN разбиваем на произвольное число участков (рекомендуется 6−8, целесообразно с постоянным интервалом кратным 50 или 100 для упрощения расчетов):

Так как у карбюраторного двигателя, не имеющего ограничения частоты вращения, максимальная частота вращения коленчатого вала nmax при движении автомобиля с максимальной скоростью может на 10−20% превышать частоту nN, для него берут еще одно значение n после nN с тем же интервалом

Минимальную частоту вращения коленчатого вала выбирают в пределах 400…800 об/мин. Меньшие значения принимают для дизелей.

Большее — для карбюраторных двигателей легковых автомобилей и АТС на их базе, среднее — для карбюраторных двигателей грузовых автомобилей и АТС на их базе.

В данном случае примем nmin = 900 об/мин.

Текущее значение крутящего момента, а Н м:

(2)

Значение мощности и крутящего момента при частоте вращения коленчатого вала n = 900 об/мин:

Результаты расчетов значений мощности и крутящего момента представлены в табл. 3, график внешней скоростной характеристики двигателя представлен на рис. 1.

Таблица 3 — Результаты расчетов внешней скоростной характеристики двигателя

3. Построение графиков силового баланса и динамической

характеристики При построении графиков силового баланса для различных передач и скоростей движения автомобиля рассчитывают значения составляющих уравнения силового баланса:

Тяговое усилие на ведущих колесах определяют из выражения, Н:

где rд — динамический радиус колеса, который в нормальных условиях движения принимаем равным rст, м.

Вторую составляющую силового баланса — силу суммарного дорожного сопротивления — определяют по формуле, Н:

где G = gm — полный вес автомобиля, Н; g = 9,81 м/с2 — ускорение свободного падения.

В расчетах не учитывается влияние скорости движения на коэффициент сопротивления качения, в связи с чем полагают .

Для ЗИЛ-4104 а при заданном

.

Сила сопротивления воздуха, Н:

где F — лобовая площадь, м2; v — скорость автомобиля, км/ч.

Лобовая площадь может быть определена по чертежу автомобиля, а при его отсутствии — приближенно по выражению.

где — коэффициент заполнения площади, для легковых автомобилей =0,75…0,9 / большие значения принимаются для автомобилей с большей полной массой /; для автобусов = 0,85…0,95 / меньшие значения принимаются для автобусов малой вместимости, а большие — большой /.

Для ЗИЛ-4104 .

Сила сопротивления разгону, Н:

где — коэффициент, учитывающий влияние инерции вращающихся масс;

j — ускорение автомобиля в поступательном движении, м/с2.

При построении и анализе графиков силового баланса величина Pj не рассчитывается, а определяется как разность тягового усилия Pk и суммы сопротивлений движению ().

График силового баланса и все последующие строят в функции скорости автомобиля v, км/ч, которая связана с частотой вращения вала двигателя n зависимостью:

где rk — радиус качения колеса, м, равный при отсутствии проскальзывания статическому радиусу rст.

Динамический фактор автомобиля D определяется для различных передач и скоростей движения по формуле:

Переменные по скорости величины PK, PW и D рассчитывают по формулам 4, 6, 10, сводят данные расчетов в табл. 4 и строят по ним графики силового баланса, рис. 3, и динамической характеристики, рис. 4.

Таблица 4 — Результаты расчетов силового баланса и динамической характеристики

4. Оценка показателей разгона автомобиля Показатели разгона автомобиля представляют собой графики ускорений, времени и пути разгона в функции скорости.

Ускорение j для разных передач и скоростей определяют по значениям D из табл. 4, используя формулу где предварительно рассчитываем для каждой передачи. В данном примере;; ;.

Расчетные данные для построения графика ускорений сводят в табл. 5, где приводятся значения величин, обратных ускорений 1/j, которые будут использованы при определении времени разгона АТС.

Поскольку при максимальной скорости для автомобиля без ограничителя частоты вращения вала двигателя ускорения j=0, а обратная величина, построение графика ограничивают последней точкой, примерно соответствующей 0,9*Vmax.

Время разгона получают как интеграл функции:

Площадь под кривыми в интервале от Vmin до 0,9*Vmax разбиваем на произвольное число участков. Площадь этих участков представляют собой в определенном масштабе время разгона в соответствующем интервале скоростей на данной дороге.

;;

Принимаем каждый участок как трапецию, определяем площади участков по формуле:

Подсчитав площади Fti и нарастающую сумму площадей, по формуле вычисляем время разгона t, сводим результаты в табл. 6 и строим график времени разгона (рис. 7).

Путь разгона определяют по аналогии графическим интегрированием функции, т. е. подсчетом соответствующих площадей графика времени разгона.

Методика расчета и построения аналогична предыдущей.

Таблица 5 — Результат расчета ускорений и велечин, обратных ускорений

двигатель автомобиль разгон скоростной Таблица 6 — Результаты расчетов времени разгона

5. График мощностного баланса автомобиля Таблица 7 — Результаты расчетов составляющих баланса мощности

Уравнение баланса мощности могут быть выражены через мощность двигателя Ne:

Или через мощность на колесах Nk:

где Nr — мощность, теряемая в трансмиссии; - мощность, расходуемая на преодоление соответственно суммарных дорожных сопротивлений и сопротивления воздуха; Nj — мощность, используемая для разгона.

Вначале вычисляют мощность на ведущих колесах NK. Эту величину определяют через мощность Ne (см. табл. 3), развиваемую на коленчатом валу двигателя, с учетом потерь в трансмиссии:

Значения мощностей и рассчитывают с использованием величин и, взятых из табл. 4 для высшей передачи с целью обеспечения всего диапазона скоростей движения автомобиля:

;;

Полученные значения величин и суммируем.

Из табл. 4 берем также значения скоростей движения автомобиля на всех передачах, соответствующие принятым ранее величинам частоты вращения коленчатого вала двигателя. Данные расчетов сводим в табл. 8 и по ним строим график мощностного баланса автомобиля (рис. 9).

6. Анализ тягово-скоростных свойств автомобиля Из внешней скоростной характеристики двигателя определим значения максимального крутящего момента Меmax, частоту вращения коленчатого вала при максимальном крутящем моменте nM и момент при максимальной мощности МN. Полученные значения Меmax и nM сравниваются с реальными значениями. По значениям Меmax и МN можно вычислить коэффициент приспособляемости двигателя Для двигателя ЗИЛ-4104 автомобиля ЗИЛ-4104 значение, рассчитанное по формуле (2) несколько больше, что объясняется приближенностью исходной расчетной формулы (1):

По графику силового баланса определяем максимально возможную скорость движения автомобиля Vmax для заданных дорожных условий (0,014). По динамической характеристике автомобиля для каждой передачи определяют максимальное дорожное сопротивления, которое может преодолеть автомобиль, критическую скорость Vкрi и максимальный преодолеваемый продольный уклон дороги при коэффициенте сопротивлению качению (грунтовая дорога после дождя).

Максимальный преодолеваемый продольный уклон дороги Для большей наглядности полученное значение уклона представляют в процентах.

Для автомобиля ЗИЛ-4104 перечисленные параметры составляют:

По графику ускорений определяется максимальное ускорение jmax для каждой передачи и оптимальные скорости перехода Vпер с одной передачи на другую на данной дороге.

С помощью графиков времени и пути разгона для принятого дорожного сопротивления определяют соответственно время и путь разгона автомобиля до скорости 100 км/ч.

В приведенном примере перечисленные параметры составляют:

Перечень ссылок

1. Краткий автомобильный справочник / А. Н. Понизовский, Ю. М. Власко, М. Б. Ляликов и др. — М.: АО «Трансконсалтинг», НИАТ, 1994. — 779 с.

2. Алекса Н. Н., Алексеенко В. Н., Гредескул А. Б. Теория эксплуатационных свойств автотранспортных средств в примерах и заданиях. — Киев, 1990. — 98с.