Тяговый расчет автомобиля

Вар.7.

    Грузоподъемность: 40кН.

    Назначение  автомобиля: самосвал.

    Наличие регулятора: есть регулятор или ограничитель.

    Колесная  формула: 4×2.

    Число передач:4.

    Максимальная  скорость на высшей передаче при Ψ=0,03-0,035: 25 м/с.

    Наличие демультипликатора: нет.

    Номер прямой передачи: 4.

    Тип двигателя: карбюраторный.

    Удельный  расход топлива: 325 г/эк·Вт·ч.

    Максимальный  динамический фактор (на 1 п.): 0,35.

    Длина пути: 250.

    Расстояние  между остановками: АВ=60 км,

                                                           ВС=70 км,

                                                           СД=60 км,

                                                           ДЕ=60 км.

    Время стоянки в пунктах: В=4 мин,

                                                С=5 мин,

                                                Д=3 мин.

    Длина участка с одинаковым коэффициентом  сопротивления дороги:

    Ψ₁=0,20 на 85км,

    Ψ₂=0,08 на 65 км,

    Ψ₃=0,22 на 100км.

    Допустимая  скорость движения на отдельных участках:

    Ψ₁—без ограничения,

    Ψ₂=25 м/с,

    Ψ₃—без ограничения.

    Степень загруженности при движении между  пунктами:

    АВ=1,

    ВС=0,8,

    СД=1,4,

    ДЕ=1,2. 

Тяговый расчет автомобиля.

1. Определение веса  автомобиля.

    Полный  вес автомобиля G_а рассчитывается по формуле:

    G_а= G₀+ G_е+(g₁+g₂)·n_н ,

где  G_е — номинальная грузоподъемность автомобиля;

G_o — собственный вес автомобиля;

                 g₁ — вес одного человека, принимаемый равным 750Н;   

                 g₂ — вес багажа (200—250Н), учитывается при расчете пассажирского автомобиля;

                 n_н — число пассажиров. 

    G_а=40000+40000+750·2=81500 Н. 

    2. Выбор шин и  определение радиуса  ведущего колеса.

    Выбор шин для автомобилей производится по величине наибольшей статической нагрузки G   на одно колесо при полностью загруженном автомобиле. Распределение веса по осям автомобиля зависит от его базы и продольной координаты центра тяжести. Для двухосного автомобиля веса, приходящиеся на переднюю и заднюю оси, определяются по следующим формулам:

    G₁=λ_n·G_a;  G₂=λ_k·G_a ,

       где G₁ и G₂ — веса, приходящиеся на переднюю и заднюю оси;

    λ_n и λ_k — коэффициенты нагрузки передних и задних. 

    G₁=0,3·81500=24450 Н,       G₂=0,7·81500=57050 Н.

       G₁/2=13725 Н –на колесо,   G₂/2=32025 Н—на колесо.

        Учитывая, что при работе нагрузка на колеса может увеличиваться, максимальная расчетная нагрузка на шину берется на 10—30% больше статической.

    Выбираем  шину по данным расчета.

    Обозначение: 220-508 Р(7,50R-20).

    Статический радиус: 440 мм.

Тяговый расчет автомобиля

3. Определение параметров  двигателя

   Сначала нужно найти мощность двигутслч N_v , необходимую для движения автомобиля с заданной максимальной скоростью в заданных дорожных условиях.

   N_v=0,001(G_а·Ψ_v+k·F·V²_max)V_max/η_m , кВт, 

   где   V_max— максимальная скорость движения на высшей передаче, м/с;

           Ψ_v — соответствующее значение приведенного коэффициента дорожных сопротивлений;

           F — площадь лобового сопротивления, m²;

             к — коэффициент обтекаемости, кг/м³;

           η_m — коэффициент полезного действия трансмиссии.

   Чтобы автомобиль мог преодолевать небольшие  подъемы с максимальной скоростью и двигаться без ухудшения экономичности, величину Ψ_v берут равной (1,4—1,6) f, где f — коэффициент сопротивления качению  по  хорошей дороге. 

   η_m=η₁²·η₂¹·η₃² ,  

   где η₁ = (0,985—0,99) — КПД цилиндрической пары шестерен;

 η₂ = (0,975—0,98) — КПД конической пары;

 η₃= (0,99—0,995) — КПД карданной передачи; 

   η_m=0,985²·0,975¹·0,99²=0,927. 

   N_v=0,001(81500*1,5*0,04+0,587*3*25²)25/0,927=161,57 кВт. 

   Для построения приближенной характеристики двигателя должны быть известны его максимальная мощность N_max и частота вращения пм коленчатого вала при максимальной мощности.

   N_max=N_v/am+bm²+cm³ ,  m=n_v/n_N ,

  где m — отношение частоты вращения коленчатого вала n_v при максимальной скорости к частоте вращения n_N при максимальной мощности. Для карбюраторных двигателей без ограничителя m=1,10— 1,25, для карбюраторных двигателей с ограничителем и для дизелей m = 0,8—0,9; a=b=c=1 — для карбюраторных двигателей;

 а = 0,53; b = 1,56; с = 1,09 — для дизелей.  

   N_max=161,57/1*1,15+1,15²-1,15³=169,8 кВт        

  Для установления связи между частотой вращения коленчатого вала двигателя и скоростью движения автомобиля следует задаться коэффициентом оборотности η_n , равным отношению частоты n, об/мин, вращения коленчатого вала двигателя к соответствующей скорости V_a, м/с, автомобиля

 η_n= n/ V_a.

  Для дизельных грузовых η_n =70—100. Тогда частота вращения коленчатого вала при N_max

   n_N=V_max· η_n/m=25*150/1,15=3260 об/мин 

  Для построения скоростной характеристики по известным значениям N_max и n_N рассчитываются величины N_max, и М_е во всем диапазоне частот вращения (не менее 8—10 точек, включая точку перегиба кривой М_е). 

   ,

  M_e= ,

  где   N_e — текущее значение мощности, кВт;

     М_е— текущее значение крутящего момента, Нм;

     n_е — текущее значение частоты вращения коленчатого вала, об/мин.

  При наличии ограничителя или регулятора в зависимости от их чувствительности максимальная частота вращения превышает номинальную на 100—200 об/мин. 

   1800 об/мин.  N_e= =151,1 кВт;

   М_е= =586,6 Нм.

4. Определение передаточных  чисел трансмиссии 

  Передаточное  число главной передачи находится  по уравнению 

   I₀= ,

   где  r_K — расчетный радиус ведущих колес;

             i_n — передаточное число на высшей передаче, равное 1, если это прямая передача;  

   I₀=3749*0,44/9,55*25*1=6,9. 

   Передаточное  число трансмиссии на первой передаче 

   I₁=

где  D_max — максимальный динамический фактор.

   M_max — максимальный крутящий момент двигателя, Нм;

           η_m — КПД трансмиссии на первой передаче/  

   I₁= =3,3 

  Передаточные числа промежуточных ступеней для коробки с n ступенями, не считая ускоряющую и передачу заднего хода, находятся по формуле: 

  i_n=1;      i_p= ,

где р  — порядковый номер рассчитываемой передачи;

     n — порядковый номер прямой передачи.

i₂= =2,2=1,98,

i₃= =1,5=1,35,

  i₁/i₂> i₂/ i₃> i_n-1/ i_n , 

  3,3/1,98>1,98/1,35>1,35/1,

  1,7>1,43>1,35 . –условие выполняется. 

ДИНАМИЧЕСКАЯ  ХАРАКТЕРИСТИКА И  РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ДВИЖЕНИЯ АВТОМОБИЛЯ

1. Расчет и построение  динамической характеристики  автомобиля

Используя уравнение

 м/с,

  где   р — порядковый номер передачи.

  Определяют  скорость движения автомобиля, м/с, на всех передачах при некоторых частотах вращения коленчатого вала. Например, при частотах, выбранных при построении скоростной характеристики.

   Соответствующие значения силы Р_w , Н, сопротивления воздуха находятся по формуле:

   Р_w=к·F·V².

  При тех же частотах вращения коленчатого  вала определяются касательные силы тяги Р_к на всех передачах. Соответствующие значения М_е берутся из скоростной характеристики 

   Р_к= ;         

   V₁= =5 м/с,

   Р_w=0,587*3*5 ²=44,03Н,

   Р_к= =28140,5 Н,

   D= = =0,34

   Полученные  в результате расчетов величины V, Р_w , Р_к и D сводятся в таблицу.

Динамическая характеристика и расчет параметров движения автомобиля

  Величина  динамического фактора при прочих равных условиях зависит от передаточного числа трансмиссии и веса автомобиля. Если зависимость D от передаточного числа непосредственно выражается в соответствии каждой передаче  отдельной кривой динамического фактора, то для получения графической зависимости D от веса необходимы специальные построения. Из формулы для определения динамического фактора следует, что его величина обратно пропорциональна весу автомобиля. Чтобы не вычислять величину D при каждом изменении нагрузки, динамическую характеристику строят сначала для автомобиля с исходным весом G_а, а затем преобразуют ее в универсальную, используя выражение 

   D_x= ,

   где G_x — измененный вес автомобиля с грузом;

          D_x — новое значение динамического фактора;

          k_r — коэффициент загрузки автомобиля. 

   α_х=arctg k_r

   α(1)= arctg1=45⁰,             α(0,8)= arctg0,8=39⁰,           

   α(1,4)= arctg1,4=54⁰,       α(1,2)= arctg1,2=50⁰.

  Пусть известен динамический фактор при движении автомобиля весом G_a со скоростью V' по дороге, характеризуемой величиной приведенного дорожного сопротивления Ψ'. Для определения динамического фактора D_x груженого автомобиля весом G_x, движущегося с той же скоростью по той же самой дороге, необходимо из точки R динамической характеристики провести прямую, параллельную, оси абсцисс; до пересечения с лучом, соответствующим выбранному коэффициенту загрузки. Перпендикуляр, опущенный из точки пересечения на ось абсцисс, определит D_x — новое значение динамического фактора. 

2. Определение времени движения  и средней технической скорости

  С помощью универсальной динамической характеристики можно решить такой важный для эксплуатации автомобиля вопрос, как определение времени движения.

  Время движения на отдельных участках определяется по формулам:

  t₁=S₁/V₁;     t₂=S₂/V₂… 

  Общее время  движения: T= t₁+ t₂+…  
 

   Т=60000/7,5+25000/10,7+45000/20,3+20000/14,3+40000/6,7+60000/6,7=23690 с.

    Определим общее время:

   t₁=m_t·l=70·33=2300 c,

   t₂=70·47=32910 с,

   t₃=70·86=6020 с,

   t₄=70·114=7980 с,

   t_ост=720 с.

   Т=Σt+Σt_ост=25878 с. 

   V_ср=ΣS/T=250000/23690=10,55 м/с. 

3. Определение ускорения,  времени и пути  разгона автомобиля

   Приемистость  автомобиля принято характеризовать  ускорением, временем, в течение которого автомобиль развивает заданную скорость и длиною пути, проходимого при этом. Чем выше ускорение автомобиля j_a при прочих равных условиях, тем выше его средняя скорость и лучше тяговые качества. 

   j_a= ,

где    g — ускорение свободного падения;

δ — коэффициент учета вращающихся масс;

   δ=1,03+0,07·i²_кр,  i_кр=i_p

   δ₁=1,03+0,07*4,4²=2,39;

   δ₂=1,03+0,07*2,7²=1,54;

   δ₃=1,03+0,07*1,89²=1,28;

   δ₄=1,03+0,07*1,3²=1,15;

   δ₅=1,03+0,07*1²=1,1. 

   j_a=(0,33-0,03)*9,8/2,39=1,23 м/с²;

   Остальные j_n вычисляются аналогично.

   1/ j_a=0,81 с²/м;

   Остальные 1/j_n вычисляются аналогично. 
 

   Время разгона на участках:

   t₁=∆₁/m_v·m_1/j=207/10·50=0,41 c;      t=Σ∆/ m_v·m_1/j;     m_t=1/ m_v·m_1/j=0,002 c/мм²; 

   ∆₂=243 мм²;   t₂=0,9 c;     ∆₆=1408мм²;     t₆=8,298 c;      

   ∆₃=525 мм²;   t₃=1,95 с;     ∆₇=2322 мм²;   t₇=12,942 c;

   ∆₄=600 мм²;   t₄=3,15 с;     ∆₈=3120 мм²;   t₈=19,2c;        

   ∆₅=1166 мм²;   t₅=5,482 с;    

   t= Σ∆· m_t =9591·0,002=19,2 с. 
 
 

   Полученный  график времени разгона автомобиля можно использовать для построения кривой пути разгона. С этой целью весь интервал, соответствующий времени разгона, разбивается на ряд участков. 
 
 
 
 

  S₁=∆₁/m_v·m_t;

  S₂=(∆₁+∆₂)/ m_v·m_t;       S_n=Σ∆_t/ m_v·m_t.   m_s=1/m_v·m_t=0,011 м/мм²

   S₁=165/10*9,09=1,83 мм; S=Σ∆_t· m_s

   S₂=425/90,9=4,67 мм;

   S₃=875/90,9=9,62 мм;

   S₄=1865/90,9=20,52 мм;        S=27623·0,011=303,88 мм.

   S₅=4505/90,9=49,56 мм;

   S₆=7885/90,9=86,74 мм;

   S₇=15233/90,9=167,56 мм;

   S₈=27623/90,9=303,88 мм. 
 

  4. Расчет и построение экономической характеристики

автомобиля

   Оценка  и анализ экономических качеств  автомобиля производится с помощью экономической характеристики, представляющей графическое изображение зависимости расхода топлива в литрах на 100 км пути от скорости при равномерном движении и от коэффициента дорожных сопротивлений. Экономическая характеристика строится, отдельно для каждой передачи. Курсовым заданием предусматривается построение экономической характеристики для автомобиля с полной нагрузкой при движении на прямой передаче по дорогам с тремя различными значениями коэффициента сопротивления движению Ψ :0,02, 0,035 и 0,05.

  Расход  топлива Q_s, л, на 100 км пути можно определить либо экспериментально, либо с помощью формулы

   где N_e — мощность, развиваемая двигателем автомобиля при работе в рассматриваемых условиях, кВт;

          g_e — удельный эффективный расход топлива при работе двигателя на данном режиме, равный 0,218—0,252 кг/(э. кВт• ч )для дизельных двигателей и 0,291—0,321 кг/(э. кВт•ч)— для карбюраторных двигателей;

        γ — плотность топлива, равная 0,75 кг/л для бензина и 0,86 кг/л для дизельного топлива;

  — время, ч., требуемое для прохождения 100 км пути со скоростью V_а , м/с.

  Величина  g_е не является независимой переменной. Она меняется с изменением частоты вращения коленчатого вала и степени использования мощности двигателя. При отсутствии экспериментальных данных удельный расход топлива можно определить по эмпирической формуле 

   g_е=g_N·K_об·K_u,

  где  g_е — удельный расход топлива при N_mах ;

           K_об — коэффициент, учитывающий изменение g_е в зависимости от частоты вращения коленчатого вала двигателя;

           K_u — коэффициент, учитывающий изменение g_е в зависимости от u — степени использования мощности. 
Величины K_об и K_u выбираются с помощью графиков.

   u=N_e/N_вн ,

   где

   N_e=

мощность, необходимая для равномерного движения автомобиля в заданных условиях;

   N_BH — мощность, развиваемая двигателем при той же частоте вращения по скоростной (внешней) характеристике. 

   Если  при расчете окажется, что мощности двигателя недостаточно для движения по дороге с заданным значением коэффициента Ψ, то характеристику нужно строить для

дорог с меньшими значениями Ψ.