Характеристика автомобиля

1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИСХОДНЫХ ПАРАМЕТРОВ ДЛЯ РАСЧЕТА АВТОМОБИЛЯ

Часть параметров принимаем в соответствии с прототипом, а часть определяем в результате расчетов. В первую очередь устанавливаем массу автомобиля, размер шин, мощность и частоту вращения коленчатого вала двигателя. Собственную массу автомобиля определяем по формуле

, (1)

где - масса порожнего автомобиля, кг;

- грузоподъемность равна 10000 кг;

- коэффициент грузоподъемности, который для большинства грузовых автомобилей составляет = 0,9...1,1. При этом большие значения принимаются для автомобилей большой грузоподъемности. Принимаем равным 1.

Динамическую характеристику необходимо рассчитать для полностью загруженного автомобиля, масса которого

, (2)

где - количество мест в кабине равно 2.

Размер шин принимаем в соответствии с прототипом, либо выбираем по расчетной нагрузке на колесо, которую определяем с учетом колесной формулы автомобиля и распределением веса полностью груженого автомобиля по осям. Установив размер шин, можно определить расчетный радиус колеса

, (3)

где - расчетный радиус колес, м;

- диаметр обода колеса равен 20 дюймов;

- ширина профиля шины равна 10,2 дюймов;

- коэффициент, учитывающий радиальную деформацию шины, который зависит от типа шины и давления воздуха в ней, . Принимаем 0,93.

Мощность двигателя, установленного на автомобиле, должна обеспечить движение полностью загруженного автомобиля с максимальной скоростью в заданных дорожных условиях. Исходя из этого условия, она может быть рассчитана по формуле

, (4)

где - мощность двигателя при максимальной скорости движения автомобиля, кВт;

- приведенный коэффициент дорожных сопротивлений при максимальной скорости=0,025;

- масса груженого автомобиля равна 21261,111кг;

- ускорение свободного падения равно 9,81 м/с²;

- сила сопротивления воздушной среды при максимальной скорости, Н;

- максимальная скорость движения равна 23,6м/с;

- КПД трансмиссии при движении на высшей передаче равно 0,9.

В свою очередь сопротивление воздушной среды

, (5)

где - коэффициент сопротивления воздушной среды,=0,55 кг/м³ ;

- площадь лобовой поверхности, м².

Для грузовых автомобилей можно принять

, (6)

где и - соответственно колея задних колес равна 1,63 и габаритная высота равна 2,22 м.

КПД механической трансмиссии при движении на высшей передаче = 0,90 (учитывая

потери в главной и карданной передаче и так называемые гидравлические потери). На остальных передачах

, (7)

где - КПД коробки передач, который находится в зависимости от числа зубчатых пар коробки, находящихся в зацеплении

.

Для автомобилей с карбюраторными, имеющими ограничитель максимальных оборотов найденное по формуле (3) значение будет соответствовать номинальной (максимальной) мощности двигателя, то есть

.

Если в задании не указана максимальная частота вращения коленчатого вала, то ее можно определить по коэффициенту оборотности двигателя

, (8)

где - максимальные обороты, об/мин;

– максимальная скорость автомобиля, км/ч.

Для грузовых автомобилей .

2 РАСЧЕТ И ПОСТРОЕНИЕ ВНЕШНЕЙ СКОРОСТНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЯ

Тяговые возможности автомобиля при выбранных параметрах трансмиссии и ходовой части определяем внешней скоростной характеристикой установленного на автомобиле карбюраторного двигателя. В курсовой работе используется расчетная характеристика, для построения которой задаем частоту вращения коленчатого вала и находим соответствующие значения и по формулам

, (9)

, (10)

где - мощность двигателя при частоте вращения вала _е, кВт;

- номинальная мощность двигателя, кВт;

- удельный эффективный расход топлива при соответствующих оборотах, г/кВт ч;

- удельный эффективный расход топлива на номинальном режиме двигателя, г/кВт ч;

- опытные коэффициенты, усредненные значения которых в зависимости от типа двигателя можно принять по таблице 1.

- относительная частота вращения вала двигателя.

Крутящий момент на коленчатом валу (Нм) и часовой расход топлива (кг/ч) рассчитывают по формулам

, (11)

, (12)

, (13)

где - значение динамического фактора при неполной загрузке автомобиля;

- значение динамического фактора для полностью загруженного автомобиля;

- вес полностью загруженного автомобиля;

- вес автомобиля при неполной загрузке.

Таблица 1 - Результаты расчета динамической характеристики автомобиля

Таблица 2 - Результаты расчета внешней скоростной характеристики двигателя

Практически построение номограммы сводится к проведению семейства отрезков, соединяющих одинаковые значения динамического фактора на ординатах для соответствующей загрузки автомобиля, которая оценивается коэффициентом использования грузоподъемности

, (15)

где - действительная масса груза;

- грузоподъемность.

Выражение (13) позволяет соотношение между масштабами для динамического фактора при полной загрузке автомобиля и для любого .

Удобнее всего, проведя ординаты для различных (оси

), выполнить шкалу значений динамического фактора на оси , соответствующую значениям динамического фактора при порожнем автомобиле, а затем соединяем точки с одинаковыми значениями на этой оси и на основной оси ординат для . Масштаб для по оси, соответствующей значениям для порожнего автомобиля связан с ранее выбранным для полностью загруженного автомобиля .

3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЕРЕДАТОЧНЫХ ЧИСЕЛ ТРАНСМИССИИ

Передаточное число главной передачи определяем из условия обеспечения движения автомобиля с максимальной скоростью на высшей передаче при максимальных оборотах двигателя.

В случае, когда максимальная скорость достигается на прямой передаче

, (16)

где - частота вращения коленчатого вала двигателя, при максимальной скорости , об/мин;

- расчетный радиус колеса=0,476, м;

- максимальная скорость движения,=22,2 м/с.

При определении передаточного числа коробки передач на первой передаче исходим из того, что на первой передаче автомобиль должен преодолевать максимальное дорожное сопротивление (по условию) при работе двигателя в режиме максимального крутящего момента . При этом сопротивлением воздуха пренебрегают.

Значение принимаем по внешней скоростной характеристике двигателя. В том случае, когда расчет скоростной характеристики двигателя и динамической характеристики автомобиля выполняется с использованием ПЭВМ, максимальный крутящий момент может быть найден по формуле

,(17)

где - номинальный крутящий момент, Нм;

- номинальная мощность двигателя, 84,60 кВт;

- номинальная частота вращения коленчатого вала двигателя =3200, об/мин;

Передаточное число коробки передач на первой передаче

, (18) (18)

где - максимальное приведенное дорожное сопротивление.

Передаточные числа промежуточных передаx выбираем так, чтобы они составляли ряд геометрической прогрессии, знаменатель которой

, (19)

где - количество передач равное 4 (принимаем по прототипу);

- передаточное число коробки передач на первой передаче равно 6,347;

- передаточное число коробки на высшей передаче равно 1

Значение передаточного числа на i-ой передаче

(20)

КПД число пар зацепления

В заключение данного раздела проверим, в каких условиях могут быть реализованы тяговые возможности автомобиля на первой передаче, то есть движение автомобиля с максимальной по двигателю силой тяги без буксования.

Это условие имеет вид

, (21) где - максимально возможная по условиям сцепления сила тяги автомобиля;

- максимально возможная по крутящему моменту двигателя касательная сила тяги.

Величина ограничения по сцеплению зависит от коэффициента сцепления и сцепного веса

, (22)

где - динамический коэффициент нагрузки ведущих колес, который связан со статическим соотношением

.

Значение принимаем в соответствии с прототипом равное 1,2. Для автомобилей со всеми ведущими осями

Учитывая зависимость касательной силы тяги от момента

, (23)

также то, что найдено из условия преодоления максимального дорожного сопротивления, условие (21) может быть записано так

(24)

Сопоставим полученное значение со справочными данными для разных дорожных условий и отметим в курсовом проекте, в каких дорожных условиях может быть реализована максимальная (по двигателю) касательная сила тяги.

где и - коэффициенты, учитывающие влияние на удельный расход топлива скоростного и нагрузочного режима работы двигателя;

- удельный расход топлива на номинальном режиме, г/кВт ч.

Значения коэффициента находят как функцию отношения оборотов, соответствующих развиваемой скорости движения к номинальным, то есть

(28)

а - как функцию отношения развиваемой мощности и мощности двигателя по внешней скоростной характеристике при данной частоте вращения коленчатого вала

(29)

Графики этих функций приведены на рисунках 11и 12.

Учитывая значительную погрешность определения коэффициентов и по графикам, рекомендуется рассчитывать их значения по формулам

- для карбюраторных двигателей;

- для дизелей.

В этих формулах и .

В курсовой работе расчет экономической характеристики выполняем для трех значений коэффициента дорожных сопротивлений.

Расчет выполняем в такой последовательности.

1 По динамической характеристике определяем наивысшую передачу, на которой возможно движение в заданных дорожных условиях и максимальное значение скорости, которая при этом достигается.

2 Задаем несколько значений оборотов от и находим соответствующие им скорости движения.

3 Рассчитываем сопротивление воздушной среды , а затем - мощность двигателя , необходимую для движения в заданных дорожных условиях с соответствующей скоростью .

4 По внешней скоростной характеристике находим соответствующую принятым значениям оборотов мощность двигателя .

5 Находят отношения и и по графикам (рисунки 3 и 4) определяем коэффициенты и .

6 Рассчитываем удельный расход и расход топлива на 100 км пробега .Объем расчетов можно сократить, принимая такие же значения оборотов, как при расчете динамической характеристики.

Результаты расчета рекомендуется оформить в таблицу следующей формы.

По полученным данным строим зависимость от скорости движения для различных . Пример экономической характеристики представлен на рисунке 5.

Таблица 4Результаты расчета экономической характеристики

ЛИТЕРАТУРА

1Скотников В.А., Мащерский А.А., Солонский А.С. Основы теории и расчета трактора и автомобиля. - М.: Агропромиздат, 1986. - 383 с.

2 Чудаков Д.А. Основы теории и расчета трактора и автомобиля. - М.: Колос,1972. - 385 с.

3 Кутьков Г.М. Теория трактора и автомобиля. – М.: Колос, 1996. - 302 с.

4 Тракторы и автомобили. Раздел "Теория тракторов и автомобилей": Методические указания и задание для курсовой работы / Г.Я. Александров, В.В. Груздев, П.В.Федоров. - М.: ВСХИЗО, 1993. - 47 с.

5 Теория тракторов и автомобилей. Методические указания и задания по курсовой работе для студентов специальности "Механизации сельского хозяйства". Изд. 4-е, перер. и доп. Д.А. Чудаков, И.А. Гончаров. - Белорусский ИМСХ, Минск, 1981. - 108 с.

6 Г.А. Затолокин. Методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине "Тракторы и автомобили" для студентов специальности 31.11 / Московский гидромелиоративный институт. - М., 1992. - 113 с.

7 Агеев Л.Е и др. Теория трактора и автомобиля: Учебное пособие по выполнению курсовой работы. – Брянск: Издательство Брянской ГСХА, 2001. - 155 с.

8 Артамонов М.Д., Иларионов В.А., Морин М.М. Основы теории и конструкции автомобиля. – М.: Машиностроение, 1974. - 288 с.