Расчет параметров проектируемого средства автотранспорта - автомобиля ГАЗ-3302

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

Основные параметры автомобиля

1.1 Построение внешней скоростной характеристики двигателя

1.2 Построение лучевой диаграммы

1.3 Построение тяговой характеристики автомобиля

1.4 Построение графика силового баланса

1.5 Построение динамической характеристики автомобиля

1.6 Определение ускорения автомобиля

1.7 Построение графиков обратного ускорения

1.8 Определение времени и пути разгона автомобиля

1.9 Топливная экономичность (путевой расход топлива)

1.10 Тормозной и остановочный пути

Список использованной литературы

Введение

Тягово-экономический расчет автомобиля позволяет получить данные, по которым можно судить о тяговых (движение с равномерной скоростью), разгонных (движение с ускорением) и тормозных (движение с замедлением) свойствах автомобиля, а также его топливной экономичности.

Тяговые и разгонные свойства автомобиля определяют только при максимальной подаче топлива. Разгонные и тормозные свойства рассчитывают только для горизонтального участка дороги с хорошим покрытием (в некоторых заданиях допускается принимать с соответствующим обоснованием повышенное значение коэффициента сопротивления дороги). Время и путь разгона определяют при разгоне до скорости, равной 0,95 от максимальной скорости с последовательным переключением передач, причем расчет начинают с передачи, обеспечивающей наибольшие ускорения, а режимы переключения передач принимают соответствующими тем значениям скоростей движения, при которых пересекаются кривые ускорений для двух соседних передач. Топливную экономичность определяют только для равномерного движения на высшей передаче.

Тягово-экономический расчет автомобиля можно выполнять при использовании компьютера и компьютерных программ.

Будем считать заданными: тип автомобиля, его назначение и область использования, грузоподъемность или пассажировместимость; максимальную скорость; тип двигателя; тип трансмиссии; колесную формулу.

В ходе выполнения расчетно-графической работы выбирается и рассчитывается ряд параметров проектируемого автотранспорта средства и составляется таблица 1 основных параметров автомобиля ГАЗ-3302.



1. Основные параметры автомобиля

Таблица 1

Основные параметры автомобиля ГАЗ-3302

Параметры	Обозначение	Размерность	Значение
Полная масса	Ма	кг	3500
Грузоподъемность	Мг	кг	1500
Двигатель ЗМЗ-402
Максимальный крутящий момент		HЧм	181
Угловая частота вращения коленвала двигателя при максимальном крутящем моменте	щM	(об/мин)	2600
Максимальная мощность двигателя		кВт	73,5
Угловая частота вращения коленвала двигателя при максимальной мощности	щN	(об/мин)	4500
Передаточные числа КПП: I II III IV V	ik1 ik2 ik3 ik4 ik5	- - - - -	4,05 2,34 1,4 1,0 0,85
Передаточное число главной передачи	ik0	-	5,13
Максимальная скорость		км/ч	115
Габаритные размеры: высота ширина длина	h B l	мм мм мм	2200 2098 5470

1.1 Построение внешней скоростной характеристики двигателя

Внешняя скоростная характеристика двигателя имеет следующие характерные точки

1) щ_min - минимально устойчивая угловая частота вращения коленвала двигателя, рад/с;

щ_min= 0,2Чщ_N.= 0,2Ч471 = 94,2

2) щ_M = 272,13рад/с - угловая частота вращения коленвала двигателя, соответствующая максимальному крутящему моменту;

3) щ_N = 471рад/с - угловая частота вращения коленвала двигателя, соответствующая максимальной мощности;

4) щ_огр - угловая частота вращения коленвала двигателя, при которой срабатывает ограничитель или регулятор (дизель) частоты вращения коленвала двигателя, рад/с

щ_огр = (0,8 ч 0,9) Ч щ_N.= 0,85 Ч 471 = 400,35

Текущее значение мощности определяется по формуле

,

где - значение эффективной мощности двигателя при заданной угловой частоте вращения двигателя , кВт; _max- максимальная мощность, кВт; - угловая частота вращения коленвала двигателя, рад/с; - обороты вращения коленвала при максимальной мощности, рад/с; a, b, c- постоянные коэффициенты, зависящие от конструкции двигателя.

Двигатель ЗМЗ-402 снабжен регулятором частоты вращения коленвала двигателя, поэтому коэффициенты a, b, c вычисляются по формулам

;

156,05HЧм;

16 %,

0,86; 1,04;

=0,9

Проверяя, получим 0,86+1,04-0,9=1 - расчеты проведены верно.

Пределы изменения нагрузки на двигатель, соответствующей его устойчивой работе, т.е способности автоматически приспосабливаться к изменениям нагрузки на колесах оценивают запасом крутящего момента

,

где- максимальный крутящий момент, HЧм;

- крутящий момент при максимальной мощности, HЧм.

Крутящий момент при максимальной мощности

Отношение называют коэффициент приспособляемости по частоте. Практика показывает, что чем больше коэффициент , тем шире диапазон устойчивой работы двигателя, при этом улучшается топливная экономичность автомобиля.

Крутящий момент двигателя определяется по формуле

,

Тяговая мощность определяется по формуле

,

Где = 0,85 - КПД трансмиссии (табл. 1). Рассчитанные значения мощности записываем в таблицу 2.

, , ,

, ,

Таблица 2

Данные для построения внешней скоростной характеристики

	рад/с	94,2	141,3	188,4	272,13	329,7	400,35	423,9	471
	об/мин	900	1350	1800	2600	3150	3825	4050	4500
	кВт	15,1	23,9	33,08	49,3	58,8	68,4	69,8	73,5
	л.с	20,53	32,49	44,98	67,03	79,94	92,99	94,90	99,93
	HЧм	160,3	169,1	175,7	181,1	178,3	170,8	164,6	156,1
	кВт	12,84	20,32	28,12	41,90	49,90	58,10	59,30	62,50

По результатам расчетов (табл.2) строим графики ,,

1.2 Построение лучевой диаграммы

Диаграмму строят исходя из условия

,



где - частота вращения коленвала двигателя, рад/с;

- радиус качения колеса;

- передаточное число передачи;

- передаточное число главной передачи.

Кинематический радиус определяют при условии максимальной скорости автомобиля и номинальных оборотах двигателя на высшей передаче в метрах

= 0,296 м;

Расчет скорости при = = 471 рад/с

Таблица 3

Результаты расчета лучевой диаграммы

Передача	I	II	III	IV	V
iк	4,05	2,34	1,4	1	0,85
iк0	5,13
,рад/с	471
,м	0,296
,км/ч	24	42	70	98	115



По результатам расчетов (табл. 3) строим лучевую диаграмму

1.3 Построение тяговой характеристики автомобиля

Тяговая характеристика или мощностной баланс показывает распределение мощности на всех передачах по отдельным видам сопротивлений

, кВт;

Где - мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивление воздуха, кВт;

- мощность, затрачиваемая на преодоление суммарного дорожного сопротивления, кВт;

- мощность, затрачиваемая на преодоление инерции, кВт;

- потери мощности в трансмиссии, кВт.

Разность между мощностью двигателя и мощностью на ведущих колесах представляет собой мощность механических потерь (табл.4).

Потери мощности на преодоление сопротивления воздуха определяем по формуле

кВт,

где к = 0,55 - коэффициент обтекаемости;- скорость, м/с; F - лобовое сечение автомобиля, мІ.

,



где B = 2,098м - колея автомобиля; h= 2,2 м -высота автомобиля,т.е. F =4,616 м².

Значения при различных скоростях заносим в таблицу 5.

Величину мощности суммарного дорожного сопротивления можно найти по формуле

, кВт;

где- полный вес транспортного средства, кг;

- скорость транспортного средства, м/с;

- суммарный коэффициент дорожного сопротивления;

I - коэффициент сопротивления подъему (при построении мощностного баланса принимаем i = 0, т.к. рассматриваем движение по горизонтальному участку дороги);

f - коэффициент сопротивления качению

,



где - коэффициент сопротивления качению определяется по формуле

;

3500 Ч 9,81 = 34335 Н.

Таким образом,

Значения при различных скоростях заносим в таблицу 5.

В таблице 5 дополнительно рассчитываем суммарные потери мощности на преодоление сопротивления воздуха и дорожных сопротивлений.

Таблица 4

Результаты расчета мощностного баланса

	,рад/с	94,2	141,3	188,4	272,13	329,7	400,35	423,9	471
4,05	, км/ч	5	7	10	14	17	21	22	24
	, кВт	15,1	23,9	33,08	49,3	58,8	68,4	69,8	73,5
	,кВт	12,84	20,32	28,12	41,90	49,90	58,10	59,3	62,5
2,34	, км/ч	8	13	17	24	29	36	38	42
	, кВт	15,1	23,9	33,08	49,3	58,8	68,4	69,8	73,5
	,кВт	12,84	20,32	28,12	41,90	49,90	58,10	59,3	62,5
1,4	, км/ч	14	21	28	40	49	59	63	70
	, кВт	15,1	23,9	33,08	49,3	58,8	68,4	69,8	73,5
	,кВт	12,84	20,32	28,12	41,90	49,90	58,10	59,3	62,5
1,0	, км/ч	20	29	39	57	68	83	88	98
	, кВт	15,1	23,9	33,08	49,3	58,8	68,4	69,8	73,5
	,кВт	12,84	20,32	28,12	41,90	49,90	58,10	59,3	62,5
0,85	, км/ч	23	35	46	67	81	98	104	115
	, кВт	15,1	23,9	33,08	49,3	58,8	68,4	69,8	73,5
	, кВт	12,84	20,32	28,12	41,90	49,90	58,10	59,3	62,5

Таблица 5

Результаты расчета мощностного баланса

, км/ч	24	42	70	98	115
,кВт	2,345	4,203	7,671	12,084	15,469
,кВт	0,766	3,977	18,568	50,966	82,997
,кВт	3,111	8,18	26,239	63,05	98,466

По результатам расчетов (табл.4) и (табл.5) строим график мощностного баланса.

1.4 Построение графика силового баланса

Силовой баланс показывает распределение полной окружной силы на ведущих колесах по отдельным видам сопротивлений

, Н;

Где - сила сопротивления воздуха, Н;

- сила суммарного дорожного сопротивления, Н;

- сила сопротивления инерция, Н.

Полная окружная сила на всех передачах определяется по формуле

, Н.

Сила суммарного дорожного сопротивления определяется по формуле

Н;

Где = 34335 Н - полный вес автомобиля;

- коэффициент сопротивления качению;

Расчет силы суммарного дорожного сопротивления:

Силу сопротивления воздуха находят по формуле

Н;

Где к = 0,55 - коэффициент обтекаемости; - скорость автомобиля, м/с; F = 4,616 м² - площадь поперечного сечения.

Расчет силы сопротивления воздуха:

Рассчитанные значения сил заносим в табл.6.

Максимально возможная скорость автомобиля определяется точкой пересечения графика для 5-ой передачи с кривой суммарного сопротивления.



Таблица 6

Результаты расчета силового баланса

, км/ч	24	42	70	98	115
,Н	114,25	342,43	956,59	1575,23	2595,67
,Н	349,53	361,89	395,19	444,63	483,78
,Н	463,78	704,33	1351,79	2019,87	3079,45

Таблица 7

	,рад/с	94,2	141,3	188,4	272,13	329,7	400,35	423,9	471
4,05	, км/ч	5	7	10	14	17	21	22	24
	,Н	9563,8	10088,8	10482,6	10804,8	10637,7	10190,3	9820,4	9313,2
2,34	, км/ч	8	13	17	24	29	36	38	42
	,Н	5525,78	5829,13	6056,64	6242,79	6146,27	5887,73	5674,01	5381,00
1,4	, км/ч	14	21	28	40	49	59	63	70
	,Н	3306,25	3487,51	3623,63	3735,00	3677,25	3522,57	3394,70	3219,40
1,00	, км/ч	20	29	39	57	68	83	88	98
	,Н	2361,44	2491,08	2588,31	2667,86	2626,61	2516,12	2424,79	2299,57
0,85	, км/ч	23	35	46	67	81	98	104	115
	,Н	2007,29	2117,42	2200,06	2267,68	2232,62	2138,7	2061,07	1954,63

По данным таблиц 6 и 7 строим график силового баланса.

1.5 Построение динамической характеристики автомобиля

Динамический фактор определяется по формуле

,

Где - полная окружная сила, Н;

- сила сопротивления воздуха, Н;

- свободная сила тяги, Н;

3500 Ч 9,81 = 34335 Н - суммарная нормальная опорная реакция всех колес автомобиля. Полученные значения динамического фактора при определенной скорости автомобиля заносим в таблицу 8.

скоростной силовой динамический топливный

Расчетные значения fзаносим в таблицу 9.

По данным табл. 9 строим график f = f(), где пересечение кривой f = f() c кривой D = f() даст максимальную скорость автомобиля.

Таблица 8

Результаты расчета динамического фактора

		,рад/с	94,2	141,3	188,4	272,13	329,7	400,35	423,9	471
I	4,05	, км/ч	5	7	10	14	17	21	22	24
			0,275	0,291	0,302	0,311	0,306	0,293	0,283	0,268
II	2,34	, км/ч	8	13	17	24	29	36	38	42
			0,151	0,160	0,166	0,172	0,169	0,162	0,155	0,147
III	1,4	, км/ч	14	21	28	40	49	59	63	70
			0,068	0,074	0,078	0,081	0,079	0,075	0,071	0,066
IV	1,00	, км/ч	20	29	39	57	68	83	88	98
			0,023	0,027	0,03	0,032	0,031	0,027	0,025	0,021
V	0,85	, км/ч	23	35	46	67	81	98	104	115
			-0,017	-0,014	-0,012	-0,010	-0,012	-0,013	-0,016	-0,019

Таблица 9

Результаты расчета коэффициента сопротивления качения

, км/ч	24	42	70	98	115
f	0,01018	0,01054	0,01151	0,01295	0,01409

1.6 Определение ускорения автомобиля

Величину ускорения можно определить по формуле

, м/сІ;

где величину можно определить по динамической характеристике, ,

где g- ускорение свободного падения, м/сІ;

д - коэффициент учета вращающихся масс, его величину определяют по эмпирической формуле .

Расчет д:

Расчет ускорения автомобиля:

,

,

,

,

,

Расчетные значения д и j на различных передачах заносим в табл.10.

По данным таблицы 10 строим график ускорения .

Таблица 10

Результаты расчета ускорения

д		,рад/с	94,2	141,3	188,4	272,13	329,7	400,35	423,9	471
1,696	4,05	, км/ч	5	7	10	14	17	21	22	24
			1,530	1,623	1,686	1,738	1,709	1,634	1,576	1,490
1,259	2,34	, км/ч	8	13	17	24	29	36	38	42
			1,093	1,163	1,210	1,257	1,233	1,179	1,124	1,062
1,118	1,4	, км/ч	14	21	28	40	49	59	63	70
			0,495	0,548	0,583	0,609	0,592	0,557	0,521	0,478
1,08	1,00	, км/ч	20	29	39	57	68	83	88	98
			0,091	0,127	0,154	0,172	0,163	0,127	0,109	0,073
1,069	0,85	, км/ч	23	35	46	67	81	98	104	115
			-0,285	-0,258	-0,239	-0,221	-0,239	-0,248	-0,276	-0,303

1.7 Построение графиков обратного ускорения

Время и путь разгона следует определять графоаналитическим методом. Для определения времени разгона строится график величин, обратных ускорений. Поскольку величина, обратная ускорению, при скорости, близкой к максимальной имеет большое значение, построение следует ограничить скоростью

.

92 км/ч.

По данным таблицы 10 считаем значения обратных ускорений1/j, сІ/м и заносим их в таблицу 11.

Таблица 11

Результаты расчета обратного ускорения

д		,рад/с	94,2	141,3	188,4	272,13	329,7	400,35	423,9	471
1,696	4,05	, км/ч	5	7	10	14	17	21	22	24
		1/j1	0,653	0,616	0,593	0,575	0,585	0,611	0,634	0,671
1,259	2,34	, км/ч	8	13	17	24	29	36	38	42
		1/j2	0,914	0,859	0,826	0,795	0,811	0,848	0,889	0,941
1,118	1,4	, км/ч	14	21	28	40	49	59	63	70
		1/j3	2,02	1,82	1,71	1,64	1,69	1,79	1,92	2,09
1,08	1,00	, км/ч	20	29	39	57	68	83	88	98
		1/j4	11	7,9	6,5	5,8	6,1	7,9	9,2	13,7
1,069	0,85	, км/ч	23	35	46	67	81	98	104	115
		1/j5	-3,5	-3,87	-4,18	-4,52	-4,18	-4,03	-3,62	-3,3

По данным таблицы 11 аналогично графику ускорений строится график обратных ускорений.

1.8 Определение времени и пути разгона автомобиля

Для определения времени разгона график обратных ускорений разбивают на ряд интервалов скоростей, в каждом из которых определятся площадь, заключенная между кривой величин, обратных ускорению и осью абсцисс - это площадь времени движения.

Время движения на каждом участке определятся по формуле

, с;

Где i - порядковый номер интервала;

- площадь, заключенная между кривой и осью абсцисс, мм²;

а - масштабный коэффициент, показывающий на графике 1/j количество мм в 1 с²/м;

b - масштабный коэффициент скорости, показывающий на графике скорости количество мм в 1 м/с.

а = 10 мм в сІ/м,

b = 3,6 мм в м/с.

Расчетные значения времени разгона на различных интервалах заносим в таблицу 12, а на графике время разгона откладывается нарастающим итогом.

Таблица 12

Результаты расчета времени разгона

Интервал	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18
,ммІ	29	25	27	30	35	39	44	49	57	65	73	86	98	114	138	178	239	347
t, с	0,53	0,57	0,6	0,76	0,9	1	1,3	1,5	1,71	2	2,5	2,95	3,4	4	5,1	4,9	6,6	9,6

По таблице 12 определяем общее время разгона 46 с.

Для определения пути разгона график времени разгона разбиваем на интервалы и подсчитываем площади, заключенные между кривой и осью ординат.

Путь разгона на каждом участке определяется по формуле

м,

Где - путь разгона на -том интервале скоростей, м;

- площадь между кривой и осью ординат, мм²;

с - масштабный коэффициент времени, показывающий на графике количество мм в одну секунду.

с = 2 мм в 1 с.

Расчет пути разгона на первом интервале

Значения заносим в табл.13. Найденный в каждом интервале путь разгона последовательно суммируем и строим график

Таблица 13

Интервал	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18
,ммІ	68	135	199	243	301	305	333	359	377	393	407	421	433	442	450	458	466	471
S, м	9,4	18,8	27,6	33,8	41,8	42,4	46,3	49,9	52,4	54,6	56,5	58,5	60,1	61,4	62,5	63,6	64,7	65,4

По таблице 13 найдем суммарное значение пути =869,7м.

1.9 Топливная экономичность (путевой расход топлива)

Путевой расход топлива

,

Где , - плотность топлива, для бензина 0,75 кг/л;

- удельный расход топлива, г/кВт*ч.

Значения определяют по зависимости

Где и - коэффициенты, учитывающие изменение соответственно от нагрузки и угловой скорости. Принимаем=300 г/кВт*ч.

Определяем

,

,

где , и равны соответственно 2,75; (-4,61) и 2,86 для бензиновых;

И - коэффициент использования мощности двигателя;

, и равны соответственно 1,23; (-0,79) и 0,56.

Расчеты следует выполнять для трех значений дорожного сопротивления: =0,03; +0,001=0,031,+0,002=0,032.

Результаты заносим в таблицу 14 для дорожного сопротивления .

, ,

,

,

,

,

,

,

,

;

Таблица 14

Результаты расчета топливной экономичности автомобиля при = 0,1295

	рад/с	94,2	141,3	188,4	272,13	329,7	400,35	423,9	471
	кВт	15,1	23,9	33,08	49,3	58,8	68,4	69,8	73,5
	кВт	2,47	3,582	4,817	7,04	8,399	10,251	10,869	12,104
	кВт	0,435	1,327	3,228	10,077	17,11	31,114	37,082	51,215
	кВт	3	5	8	17	25	41	48	63
И	-	0,234	0,246	0,285	0,406	0,5	0,705	0,809	1,008
	-	1,828	1,789	1,668	1,349	1,160	0,921	0,892	1,009
	-	1,094	1,043	1,0	0,961	0,951	0,963	0,973	1,0
	м/с	20	29	39	57	68	83	88	98
	г/кВт*ч	599,95	559,77	500,4	388,91	330,94	266,07	260,37	302,7
QS	л/100км	14,116	15,15	16,10	18,19	19,095	20,622	22,282	30,527

Таблица 15

Результаты расчета топливной экономичности автомобиля при = 0,01395

	рад/с	94,2	141,3	188,4	272,13	329,7	400,35	423,9	471
	кВт	15,1	23,9	33,08	49,3	58,8	68,4	69,8	73,5
	кВт	2,661	3,858	5,189	7,584	9,047	11,043	11,708	13,039
	кВт	0,435	1,327	3,228	10,077	17,11	31,114	37,082	51,215
	кВт	3	5	8	18	26	42	49	64
И	-	0,234	0,246	0,285	0,406	0,5	0,705	0,809	1,008
	-	1,828	1,789	1,668	1,349	1,160	0,921	0,892	1,009
	-	1,094	1,043	1,0	0,961	0,951	0,963	0,973	1,0
	м/с	20	29	39	57	68	83	88	98
	г/кВт*ч	599,95	559,77	500,4	388,91	330,94	266,07	260,37	302,7
QS	л/100км	14,116	15,15	16,10	19,26	19,85	21,12	22,74	31,01



Таблица 16

Результаты расчета топливной экономичности автомобиля при = 0,01495

	рад/с	94,2	141,3	188,4	272,13	329,7	400,35	423,9	471
	кВт	15,1	23,9	33,08	49,3	58,8	68,4	69,8	73,5
	кВт	2,852	4,135	5,561	8,127	9,696	11,835	12,548	13,973
	кВт	0,435	1,327	3,228	10,077	17,11	31,114	37,082	51,215
	кВт	3	5	9	18	27	43	50	65
И	-	0,234	0,246	0,285	0,406	0,5	0,705	0,809	1,008
	-	1,828	1,789	1,668	1,349	1,160	0,921	0,892	1,009
	-	1,094	1,043	1,0	0,961	0,951	0,963	0,973	1,0
	м/с	20	29	39	57	68	83	88	98
	г/кВт*ч	599,95	559,77	500,4	388,91	330,94	266,07	260,37	302,7
QS	л/100км	14,116	15,15	18,11	19,26	20,62	21,12	22,74	31,01

По значениям иQ_S из таблиц 14, 15 и 16 строим график Q_S=f() для , и

1.10 Тормозной и остановочный пути

Для определения тормозного и остановочного путей

,

.

Принимаем следующие значения параметров: = 0,1 с - для гидропривода; = 0,4 с - для автомобилей полной массой до 3,5т,

= 0,8 с - время реакции водителя.

В расчетах следует брать =0,6 для грузовых автомобилей. Результаты расчета заносим в таблицу 17, причем установившееся замедление будет равно

м/с².

Таблица 17

Результаты расчета тормозного и остановочного пути

	м/с	5	10	16,7	21,7	26,4
	м	3,62	11,48	28,68	46,48	67,08
	м	7,62	19,48	42,04	63,84	88,2

По данным табл. 17 строим график, на котором наносим значение при = 60 км/ч.

Список использованной литературы:

1. Нарбут А.Н, Автомобили: Основные термины; Толковый словарь; Более 4000 терминов. - М.: ООО «Издательство Астрель», ООО «Издательство АСТ». - 2002.

2. Островцев А.Н. Основы проектирования автомобилей. - М.: Машиностроение. -1968.

3. Высоцкий М.С., Беленький Ю.Ю. и др. Грузовые автомобили (проектирование автомобилей). - М.: Машиностроение. -1979.

4. Нарбут А.Н. Рабочие процессы и расчет механизмов и систем автомобиля: Учебное пособие. - М.: МАДИ.- Изд. 2-е. Часть 1, 1993 (или изд. 3. -2002).

5. Осепчугов В.В., Фрумкин А.К. Автомобиль. Анализ конструкций, элементы расчета: Учебник. - М.: Машиностроение. -1989.

6. Михайловский Е.В., Серебряков К.Б., Тур Е.Я. Устройство автомобиля / Учебник для учащихся автотранспорт, техникумов. - М.: Машиностроение, 1987.- 352 с.

7. Автомобиль. Под ред. А.Н. Островцева.- М.: Машиностроение, 1976.- 296 с.

Размещено на Allbest.ru