Анализ эксплуатационных свойств автомобиля УАЗ-316300 "Патриот"

Размещено на http://www.allbest.ru/

2

Курсовая работа

Анализ эксплуатационных свойств автомобиля УАЗ-316300 «Патриот»

Цель и задачи курсовой работы

Основной целью курсовой работы является формирование навыков анализа движения автотранспортного средства (на примере автомобиля УАЗ-316300 «Патриот») в конкретных дорожных условиях, необходимых при разборке рекомендаций по эффективной и безопасной эксплуатации автотранспортного средства.

В процессе выполнения курсовой работы решаются следующие задачи:

· Формирование массива исходных данных для АТС УАЗ-316300 «Патриот»;

· Рассчитать и проанализировать тягово-скоростные и тормозные свойства АТС УАЗ-316300 «Патриот», его устойчивость, маневренность и топливную экономичность;

· Разработать рекомендации по безопасной эксплуатации АТС УАЗ-316300 «Патриот» в заданных дорожных условиях.

Принятые условные обозначения

ma - масса груженого автотранспортного средства, кг;

m0 - масса порожнего автотранспортного средства, кг;

m01 - масса, приходящаяся на переднюю ось порожнего автотранспортного средства, кг;

m02 - масса, приходящаяся на заднюю ось порожнего автотранспортного средства, кг;

Rmin - минимальный радиус поворота по оси внешнего переднего колеса, м;

rк - статический радиус колеса, м;

Jк - момент инерции колеса, кг*м2;

Jтр - момент инерции вращающихся элементов трансмиссии, кг*м2;

Jд - момент инерции двигателя, подведенный к его выходному валу, кг*м2;

Ме - эффективный крутящий момент, Н*м;

nе - частота вращения вала ДВС, об/мин;

Nе - эффективная мощность, кВт;

i - количество цилиндров;

L - база автомобиля, м;

Вп - колея передних колес, мм;

Вз - колея задних колес, мм;

lк - длина кузова, мм;

bк - ширина кузова, мм;

hб - высота кузова, мм;

hП - погрузочная высота, мм;

zп - число посадочных мест;

д - коэффициент учета вращающихся масс;

Fа - лобовая площадь АТС, м2;

Rz - нормальные реакции дороги, действующие на АТС;

g - ускорение силы тяжести, м/с2;

D - динамический фактор;

t - время, с;

S - путь, м;

Qt, Qs - соответственно часовой, кг/ч, и путевой, л/100км, расход топлива;

Rz, Rx - соответственно нормальная и касательные реакции, Н;

ѓ - коэффициент сопротивления качению;

ц - коэффициент сцепления;

ш - коэффициент сопротивления дороги;

i - уклон;

Сх - коэффициент аэродинамического сопротивления;

uтр - передаточное число трансмиссии;

зтр - КПД трансмиссии;

V - скорость, м/с;

j - ускорение, м/с2;

АТС - автотранспортное средство;

ДВС - двигатель внутреннего сгорания;

КПД - коэффициент полезного действия;

1. Блок первичных исходных данных

1.1 Массив исходных данных

Параметры, характеризующие автомобиль представлены таблицей 1.1.1 и рисунками 1.1.1, 1.1.2, 1.1.3.

Техническая характеристика характеризующая автомобиль УАЗ-316300 «Патриот» представлена в таблице 1.1.1

Таблица 1.1.1 - Техническая характеристика автомобиля УАЗ-316300 «Патриот» [3,5] Характеристика УАЗ-316300 «Патриот»

№ пп	Наименование параметра	Размерность	Значение
1	Грузоподъёмность	кг	600
2	Допустимая масса прицепа:
	оборудованного тормозами	кг	1500
	без тормозов	кг	750
3	Собственная масса, m0	кг	2050
	в т. ч. на переднюю ось m01	кг	1110
	на заднюю ось m02	кг	940
4	Полная масса, mа	кг	2650
	в т. ч. на переднюю ось mа1	кг	1217
	на заднюю ось mа2	кг	1433
5	Радиус поворота по оси внешнего переднего колеса	м	6,55
6	Максимальная скорость	км/ч	150
7	Контрольный расход топлива при скорости 90 км/ч	л/100 км	10,4
8	Передаточные числа коробки передач:
	I передача		4,155
	II передача		2,265
	III передача		1,428
	IV передача		1
	V передача		0,88
	задняя передача		3,827
	главная передача		4,625
	раздаточная коробка		I-1, II-1,94
9	Число ходовых колес		4
10	Размер шин	дюйм (мм)	225/75R16
11	Статический радиус колеса Rк	м	0,345
12	Момент инерции колеса	кг*м2	1,955
13	Масса агрегатов: двигатель	кг	190
14	База L	мм	2760
15	Колея колес:
	передних колес Вп	мм	1600
	задних колес Вз	мм	1600
16	Параметры кузова:
	длина lк	мм	4647
	ширина bк	мм	2080
	высота hк	мм	2000
	погрузочная высота hк	мм	667

Далее в таблице 1.1.2 представлена характеристика двигателя ЗМЗ-409.10, установленного на АТС УАЗ-316300 «Патриот».

Таблица 1.1.2 - Техническая характеристика двигателя ЗМЗ-409.10 Характеристика двигателя ЗМЗ-409.10

Наименование параметра	Размерность	Значение
Максимальная мощность Nе при nе=4400, об/мин	кВт	105
Максимальный крутящий момент Ме при nе=3900, об/мин	Нм (кг*см)	230 (23,5)
Момент инерции вращающихся элементов трансмиссии, приведенный к колесам, Jтр	кг*м2	2,737
Момент инерции двигателя, приведенный к его выходному валу, Jд	кг*м2	0,232
Степень сжатия		9
Минимальный эффективный расход топлива	г/кВт*ч	265
Рабочий объём двигателя	л	2,7
	м3	0,0027
Рабочий объем одного цилиндра	л	0,675
	м3	0,000675
Внешняя скоростная характеристика Me=ѓ(ne)
ne, об/мин	1000	1500	2000	2500	3000	3500	4000	4500
Me, Н*м	171	200	212	220	220	227	230	225

Далее представлен алгоритм расчета параметров, которые не указаны в технической характеристике автомобиля УАЗ-316300 «Патриот».

Момент инерции колеса

Jk=сk*rk5 (1.1.1)

где Jk - момент инерции колеса, кг*м2; сk=400 кг/м3; rk - радиус колеса, м.

Jk=400*0,3455=1,955

Момент инерции вращающихся элементов трансмиссии, приведенный к колесам:

Jтр=Jk*zk*kтр (1.1.2)

где Jтр - момент инерции вращающихся элементов трансмиссии, приведенный к колесам, кг*м2; Jk - момент инерции колеса, кг*м2; zk - число ведущих колес; kтр=0,35 корректирующий коэффициент [1, прил. 4].

Jтр=1,955*4*0,35=2,737

Момент инерции двигателя, приведенный к его выходному валу:

Jд=J0+((i*Vц)2*kд/) (1.1.3)

где Jд - момент инерции двигателя, приведенный к его выходному валу, кг*м2; J0=0,05, кг*м2 [1, прил. 4]; i - число цилиндров; Vц - рабочий объем одного цилиндра, м3; kд=50000, кг/м4, корректирующий коэффициент [1, прил. 4].

Jд=0,05+((4*0,000675)2*50000/)=0,232

Коэффициент учета вращающихся масс д рассчитывается для каждой передачи коробки по формуле:

д=1+((Jд*uтр2*зтр+Jтр+Jк*zk)/mа*rk2) (1.1.4)

где д - коэффициент учета вращающихся масс; Jд - момент инерции двигателя, приведенный к его выходному валу, кг*м2; uтр - передаточное число трансмиссии; зтр - КПД трансмиссии; Jтр - момент инерции вращающихся элементов трансмиссии, приведенный к колесам, кг*м2; Jk - момент инерции колеса, кг*м2; zk - число ведущих колес; mа - масса груженого АТС, кг; rk - радиус колеса, м.

Для того что бы произвести расчет коэффициента учета вращающихся масс необходимо найти передаточные числа трансмиссии и КПД трансмиссии на всех передачах.

Передаточные числа трансмиссии рассчитываются по следующей формуле:

uтр= uгп*uкп*uрк (1.1.5)

где uгп - передаточное число главной передачи; uкп - передаточное число коробки передач на данной передачи; uрк - передаточное число раздаточной коробки.

Для первой передачи передаточное число трансмиссии равно:

uтр1=4,625*4,155*1=19,2

Для второй передачи передаточное число трансмиссии равно:

uтр2=4,625*2,265*1=10,48

Для третьей передачи передаточное число трансмиссии равно:

uтр3=4,625*1, 428*1=6,6

Для четвертой передачи передаточное число трансмиссии равно:

uтр4=4,625*1*1=4,625

Для пятой передачи передаточное число трансмиссии равно:

uтр5=4,625*0,88*1=4,07

КПД трансмиссии для передач коробки передач рассчитывается по формуле:

зтр=згп*зкп*зрк (1.1.6)

где згп - КПД главной передачи; зкп - КПД коробки передач; зрк - КПД раздаточной коробки.

Для первой передачи КПД трансмиссии равно:

зтр1=0,96*0,94*0,99=0,89

Для второй передачи КПД трансмиссии равно:

зтр2=0,96*0,94*0,99=0,89

Для третьей передачи КПД трансмиссии равно:

зтр3=0,96*0,94*0,99=0,89

Для четвертой передачи КПД трансмиссии равно:

зтр4=0,96*0,99*0,99=0,94

Для пятой передачи КПД трансмиссии равно:

зтр3=0,96*0,94*0,99=0,89

Теперь произведем расчет коэффициента учета вращающихся масс для каждой передачи:

Коэффициент учета вращающихся масс на первой передаче равен:

д=1+((0,232*19,22*0,89+2,737+1,955*4)/2650*0,3452)=1+((0,232*368,6*0,89++2,737+7,82)/2650*0,119)=1+((76,1+2,737+7,82)/315,35)=1+(86,657/315,35)=1+0,27=1,27

Коэффициент учета вращающихся масс на второй передаче равен:

д=1+((0,232*10,482*0,89 + 2,737 + 1,955 *4)/2650*0,3452)=1+((0,232*109,83 х х0,89+2,737+7,82)/2650*0,119)=1+((22,68+2,737+7,82)/315,35)=1+(33,237/315,35)==1+0,105=1,105

Коэффициент учета вращающихся масс на третьей передаче равен:

д=1+((0,232*6,62*0,89+2,737+1,955*4)/2650*0,3452)=1+((0,232*43,56*0,89+2,737+7,82)/2650*0,119)=1+((8,99+2,737+7,82)/315,35)=1+(19,547/315,35)=1+0,06=1,06

Коэффициент учета вращающихся масс на четвертой передаче равен:

д=1+((0,232*4,6252*0,94+2,737+1,955*4)/2650*0,3452)=1+((0,232*21,4*0,94+2,737+7,82)/2650*0,119)=1+((4,66+2,737+7,82)/315,35)=1+(15,217/315,35)=1+0,048=1,048

Коэффициент учета вращающихся масс на пятой передаче равен:

д=1+((0,232*4,072*0,89+2,737+1,955*4)/2650*0,3452)=1+((0,232*16,56*0,89+2,737+7,82)/2650*0,119)=1+((3,419+2,737+7,82)/315,35)=1+(13,976/315,35)=1+0,044=1,044

Далее на странице 12 представлен график внешней скоростной характеристики двигателя ЗМЗ-409.10 взятой из источника [5].

Показатели скоростной характеристики представлены в таблице 1.1.2.

Рисунок 1.1.4 - График внешней скоростной характеристики двигателя ЗМЗ-409.10

Далее представляем характеристику полезной нагрузки. Для пассажирского автомобиля определяем массу одного человека из условия полного использования грузоподъемности:

mч=(ma-m0-mг)/Zч (1.1.6)

где mч - масса одного пассажира, кг; mа - масса груженого АТС, кг; m0 - масса порожнего АТС, кг; mг - масса груза, кг; Zч - число пассажиров.

Для автомобиля УАЗ-316300 «Патриот» грузоподъемностью 600 кг с грузом в багажнике массой 225 килограмм, масса одного пассажира будет равна:

mч=(2650-2050-225)/5=75

Ниже в таблице 1.1.3 представлена характеристика полезной нагрузки автомобиля УАЗ-316300 «Патриот»:

Таблица 1.1.3 - Характеристика полезной нагрузки

Наименование	Размерность	Значение
Груз
Масса БРУТТО	кг	225
Вид тары		Коробка
Габаритные размеры
длина	м	0,792
ширина	м	1,232
высота	м	0,8
Человек
Масса одного пассажира	кг	75
Число посадочных мест, включая водителя	ед	5
Общая масса пассажиров	кг	375

1.2 Блок производных исходных данных

Блок производных исходных данных формируется на базе первичных данных путем расчетов и соответствующих графических построений.

Определим координаты центра масс порожнего автомобиля следующим образом.

Ординату h0 принимаем равной:

h0=1,5*rk (1.2.1)

где h0 - ордината центра масс порожнего автомобиля, м; rk - радиус колеса АТС, м.

h0=1,5*0,345=0,5175

Абсцисса порожнего автомобиля x0 определяем из уравнения моментов, составленного относительно центра О (рисунок 1.2.1):

(m02*L-m0*x0)*g=0 (1.2.2)

где m02 - масса, приходящаяся на заднюю ось порожнего автотранспортного средства, кг; L - база АТС, мм; m0 - масса порожнего АТС, кг; x0 - абсцисса порожнего автомобиля, мм; g - ускорение силы тяжести,м/с2.

(940*2760-2050*x0)*9,8=0,

(2594400-2050*x0)*9,8=0,

x0=(2594400*9,8)/(2050*9,8)=1265,56.

Определим координаты центра масс груженого автомобиля.

Сначала определим допустимую массу одного пассажира:

m1п=mп/Zп (1.2.3)

где m1п - допустимая масса одного пассажира, кг; mп - общая масса пассажиров, кг; Zп - число посадочных мест.

m1п=375/5=75

Затем определяем массу людей, размещенных на каждом i-м ряду сидений:

mпi=m1п*Zпi (1.2.4)

где mпi - масса людей, размещенных на i-м ряду сидений, кг; m1п - допустимая масса одного пассажира, кг; Zпi - число посадочных мест на i-м ряду.

Масса пассажиров, размещенных на первом ряду (число посадочных мест равно двум):

mп1=75*2=150

Масса пассажиров, размещенных на втором ряду (число посадочных мест равно трем):

mп1=75*3=225

Далее определяем абсциссу груженого автомобиля xа из уравнения моментов, составленных относительно центра О (рисунок 1.2.1):

(m0*x0+mп1*x1+mп2*x2+mг*хг-ma*xa)*g=0 (1.2.5)

где m0 - масса порожнего АТС, кг; x0 - абсцисса порожнего автомобиля, мм; mп1 - масса пассажиров на первом ряду, кг; x1 - абсцисса центра масс пассажиров, расположенных на первом ряду, мм; mп2 - масса пассажиров на втором ряду, кг; x2 - абсцисса центра масс пассажиров, расположенных на втором ряду, мм; mг - масса груза, кг; хг - абсцисса груза, мм; ma - масса груженого АТС, кг; xa - абсцисса груженого АТС, мм; g - ускорение силы тяжести,м/с2.

(2050*1265,56+150*1144+225*2076,8+225*3115,2-2650*xa)*9,8=0,

(2594398+171600+467280+700920-2650*xa)*9,8=0,

xa=3934198/2650=1484,6

Определяем ординату hа груженого автомобиля из уравнения моментов, составленного относительно центра О (рисунок 1.2.1):

(m0*h0+mп1*h1+mп2*h2+mг*hг-ma*ha)*g=0 (1.2.6)

где m0 - масса порожнего АТС, кг; h0 - ордината порожнего автомобиля, мм; mп1 - масса пассажиров на первом ряду, кг; h1 - ордината центра масс пассажиров, расположенных на первом ряду, мм; mп2 - масса пассажиров на втором ряду, кг; h2 - ордината центра масс пассажиров, расположенных на втором ряду, мм; mг - масса груза, кг; hг - ордината груза, мм; ma - масса груженого АТС, кг; ha - ордината груженого АТС, мм; g - ускорение силы тяжести,м/с2.

(2050*517,5+150*809,6+225*844,8+225*968-2650*ha)*9,8=0,

(1060875+121440+190080+217800-2650*xa)*9,8=0,

xa=1590195/2650=600

Далее определим нормальные реакции дороги, действующие на АТС УАЗ-316300 «Патриот».

Реакции, действующие на порожний автомобиль УАЗ-316300 «Патриот» равны:

на переднюю ось:

Rz1=m01*g (1.2.7)

где Rz1 - нормальные реакции, действующие на переднюю ось порожнего автомобиля, Н; m01 - масса приходящаяся на переднюю ось порожнего автомобиля, кг; g - ускорение силы тяжести,м/с2.

Rz1=1110*9,8=10878

на заднюю ось:

Rz2=m02*g (1.2.8)

где Rz2 - нормальные реакции, действующие на заднюю ось порожнего автомобиля, Н; m02 - масса приходящаяся на заднюю ось порожнего автомобиля, кг; g - ускорение силы тяжести,м/с2.

Rz2=940*9,8=9212

Определим нормальные реакции дороги, действующие на груженый автомобиль.

на переднюю ось:

Rz1=mа1*g (1.2.9)

где Rz1 - нормальные реакции, действующие на переднюю ось груженого автомобиля, Н; mа1 - масса приходящаяся на переднюю ось груженого автомобиля, кг; g - ускорение силы тяжести,м/с2.

Rz1=1217*9,8=11926,6

на заднюю ось:

Rz2=mа2*g (1.2.10)

где Rz2 - нормальные реакции, действующие на заднюю ось груженого автомобиля, Н; mа2 - масса приходящаяся на заднюю ось груженого автомобиля, кг; g - ускорение силы тяжести,м/с2.

Rz2=1433*9,8=14043,4

Реакции, действующие на полноприводный груженый автомобиль равны:

Rz=mа*g (1.2.11)

где где Rz - нормальные реакции, действующие на груженый автомобиль, Н; mа - масса груженого автомобиля, кг; g - ускорение силы тяжести,м/с2.

Rz=2650*9,8=25970

Следующим шагом определим лобовую площадь автотранспортного средства УАЗ-316300 «Патриот».

Под лобовой понимают площадь (Fa) наибольшего вертикального поперечного сечения АТС, т.е. контура его фронтальной проекции, который рассчитывается с помощью графического построения или при помощи компьютерной программы

Лобовую площадь АТС рассчитываю с помощью программы Компас V8 3D F=2,76 м2

Полученные результаты занесу в таблицу 1.2.1

Таблица 1.2.1 - Блок производных исходных данных

Показатель	Размерность	Значение
Координаты центра масс порожнего АТС
хо	мм	1265,56
ho	мм	517,5
Координаты центра масс пассажиров
х1	мм	1144
h1	мм	809,6
х2	мм	2076,8
h2	мм	844,8
Координаты центра масс груза
хг	мм	3115,2
hг	мм	968
Координаты центра масс груженого АТС УАЗ-316300 «Патриот»
ха	мм	1484,6
hа	мм	600
Нормальные реакции дороги, действующие на:
колеса передней оси порожнего АТС	Н	10878
колеса задней оси порожнего АТС	Н	9212
колеса передней оси груженого АТС	Н	11926,6
колеса задней оси груженого АТС	Н	14043,4
полноприводный груженый автомобиль	Н	25970
Лобовая площадь АТС, Fа	м2	2,75787

2. Тягово-скоростные свойства АТС УАЗ-316300 «Патриот»

2.1 Дополнительный массив исходных данных

Для расчета тягово-скоростных характеристик АТС необходимо сформировать массив данных, дополняющий исходный применительно к данному разделу.

Таблица 2.1 - Дополнительный массив исходных данных

зтр	- КПД трансмиссии	0,89	0,89	0,89	0,94	0,89
Сх	- коэффициент аэродинамического сопротивления	0,62
ѓо	- коэффициент сопротивления качению:
заданный	0,035
минимальный	0,015
ц	- коэффициент сцепления:
минимальный	0,1
заданный	0,5
максимальный	0,9
i	- продольный уклон дороги	0,08
с	- плотность воздуха (при температуре воздуха tв=20°)	1,205
Коэффициент учета вращающихся масс
№ передачи	1	2	3	4	5
д	1,27	1,105	1,06	1,048	1,044

2.2 Расчет и анализ тяговой и динамической характеристик, графика ускорений

Скорость подвижного состава:

Va=(2*р*rk*ne)/(uтр*60) (2.2.1)

где Va - скорость подвижного состава, м/с; р=3,14; rk - статический радиус колеса, м; ne - частота вращения коленчатого вала ДВС, об/мин; uтр - передаточное число трансмиссии.

Va=(2*3,14*0,345*1000)/(19,2*60)=1,8807

Для построения графиков необходимо перевести скорость к размерности км/ч, для этого умножим скорость, полученную в формуле 2.2.1 на 3,6:

Va=1,8807*3,6=6,7706

Сила тяги ведущих колес:

Рт=Ме*uтр*зтр/rk (2.2.2)

где Рт - сила тяги ведущих колес, Н; Ме - эффективный крутящий момент, Н*м; uтр - передаточное число трансмиссии; зтр - КПД трансмиссии; rk - статический радиус колеса, м.

Рт=171*19,2*0,89/0,345=8469,7

Сила сопротивления воздуха:

РВ=Сх*с*Fа*Vа2/2 (2.2.3)

где РВ - сила сопротивления воздуха, Н; Сх - коэффициент аэродинамического сопротивления; с - плотность воздуха (при температуре воздуха tв=20°), кг/м3; Fа - лобовая площадь АТС, м2; Vа - скорость АТС, м/с.

РВ=0,62*1,205*2,75787*1,88072/2=3,644

Коэффициент сопротивления качению:

ѓ=ѓо*(1+(Vа2/1500)) (2.2.4)

где ѓ - коэффициент сопротивления качению; ѓо - коэффициент сопротивления качению в заданных условиях; Vа - скорость АТС, м/с.

ѓ=0,035*(1+(1,88072/1500))=0,0351

Коэффициент сопротивления дороги на подъемах с заданным i=0,08:

ш=ѓ+i (2.2.5)

где ш - коэффициент сопротивления дороги на подъемах с заданным i=0,08; ѓ - коэффициент сопротивления качению; i - продольный уклон дороги.

ш=0,0351+0,08=0,1151

Сила сопротивления движению АТС на горизонтальном участке дороги:

Рс=РВ+ma*g*ѓ (2.2.6)

где Рс - сила сопротивления движению АТС на горизонтальном участке дороги, Н; РВ - сила сопротивления воздуха, Н; ma - масса груженого АТС, кг; g - ускорение силы тяжести,м/с2; ѓ - коэффициент сопротивления качению.

Рс=3,644+2650*9,8*0,0351=914,74

Сила сопротивления движению АТС на подъеме с заданным уклоном i=0,08:

Рсп=РВ+ma*g*ш (2.2.7)

где Рсп - сила сопротивления движению АТС на подъеме с заданным уклоном i=0,08, Н; РВ - сила сопротивления воздуха, Н; ma - масса груженого АТС, кг; g - ускорение силы тяжести,м/с2; ш - коэффициент сопротивления дороги на подъемах с заданным i=0,08.

Рсп=3,644+2650*9,8*0,1151=2992,3

Динамический фактор:

D=(Рт-РВ)/ma*g (2.2.8)

где D - динамический фактор; Рт - сила тяги ведущих колес, Н; РВ - сила сопротивления воздуха, Н; ma - масса груженого АТС, кг; g - ускорение силы тяжести,м/с2.

D=(8469,7-3,644)/2650*9,8=0,1757

Ускорение:

j=(D-ѓ)*g/д (2.2.9)

где j - ускорение, м/с2; D - динамический фактор; ѓ - коэффициент сопротивления качению; g - ускорение силы тяжести,м/с2; д - коэффициент учета вращающихся масс.

j=(0,1757-0,0351)*9,8/1,27=1,2461

Динамический фактор по сцеплению (ц=0,1):

Dц=ц-(РВ/ma*g) (2.2.10)

где Dц - динамический фактор по сцеплению; ц - коэффициент сцепления; РВ - сила сопротивления воздуха, Н; ma - масса груженого АТС, кг; g - ускорение силы тяжести,м/с2.

Dц=0,1-(3,644/2650*9,8)=0,0999

Динамический фактор по сцеплению (ц=0,9):

Dц=ц-(РВ/ma*g) (2.2.11)

где Dц - динамический фактор по сцеплению; ц - коэффициент сцепления; РВ - сила сопротивления воздуха, Н; ma - масса груженого АТС, кг; g - ускорение силы тяжести,м/с2.

Dц=0,9-(3,644/2650*9,8)=0,89986

Далее в таблице 2.2.1 представлены результаты расчета каждого параметра в заданных дорожных условиях (ѓо=0,035; ц=0,5; i=0,08).

Таблица 2.2.1 - Результаты расчета тяговой и динамической характеристик, графика ускорений автомобиля УАЗ-316300 «Патриот»

Параметр	Размерность	Результаты расчета
nе	об/мин	1000	1500	2000	2500	3000	3500	4000	4500
Mе	Н*м	171	200	212	220	220	227	230	225
Передача № 1; uкп=4,155; д=1,27;
Vа	м/с	1,8807	2,8211	3,7615	4,7018	5,6422	6,5826	7,5229	8,4633
	км/ч	6,7706	10,156	13,541	16,927	20,312	23,697	27,083	30,468
Pт	Н	8469,7	9906,1	10500	10897	10897	11243	11392	11144
Pв	Н	3,644	8,1989	14,576	22,775	32,796	44,639	58,304	73,79
ѓ		0,0351	0,0352	0,0353	0,0355	0,0357	0,036	0,0363	0,0367
ш		0,1151	0,1152	0,1153	0,1155	0,1157	0,116	0,1163	0,1167
Pс	Н	914,74	921,97	932,1	945,12	961,04	979,85	1001,5	1026,1
Pсп	Н	2992,3	2999,6	3009,7	3022,7	3038,6	3057,4	3079,1	3103,7
D		0,326	0,3811	0,4038	0,4187	0,4183	0,4312	0,4364	0,4263
J	м/с2	2,2425	2,6667	2,8402	2,9539	2,9492	3,0465	3,0842	3,0034
Dц ц=0,5		0,4999	0,4997	0,4994	0,4991	0,4987	0,4983	0,4978	0,4972
Dц ц=0,1		0,0999	0,0997	0,0994	0,0991	0,0987	0,0983	0,0978	0,0972
Dц ц=0,9		0,8996	0,8997	0,8994	0,8991	0,8987	0,8983	0,8978	0,8972
Передача № 2; uкп=2,265; д=1,105;
Vа	м/с	3,4822	5,2232	6,9643	8,7054	10,446	12,188	13,929	15,67
	км/ч	12,536	18,804	25,072	31,339	37,607	43,875	50,143	56,411
Pт	Н	4574,5	5350,3	5671,3	5885,4	5885,4	6072,6	6152,9	6019,1
Pв	Н	12,492	28,106	49,967	78,073	112,42	153,02	199,87	252,96
ѓ		0,0353	0,0356	0,0361	0,0368	0,0375	0,0385	0,0395	0,0407
ш		0,1153	0,1156	0,1161	0,1168	0,1175	0,1185	0,1195	0,1207
Pс	Н	928,79	953,59	988,31	1032,9	1087,5	1152	1226,4	1310,7
Pсп	Н	3006,4	3031,2	3065,9	3110,5	3165,1	3229,6	3304	3388,3
D		0,1757	0,2049	0,2165	0,2236	0,2223	0,2279	0,2292	0,222
J	м/с2	1,2461	1,5028	1,6007	1,6586	1,64	1,6819	1,6839	1,6094
Dц ц=0,5		0,4995	0,4989	0,4981	0,497	0,4957	0,4941	0,4923	0,4903
Dц ц=0,1		0,0995	0,0989	0,0981	0,097	0,0957	0,0941	0,0923	0,0903
Dц ц=0,9		0,8995	0,8989	0,8981	0,897	0,8957	0,8941	0,8923	0,8903
Передача № 3; uкп=1,428; д=1,06;
Vа	м/с	5,5214	8,2821	11,043	13,804	16,564	19,325	22,086	24,846
	км/ч	19,877	29,816	39,754	49,693	59,631	69,57	79,508	89,447
Pт	Н	2885	3374,3	3576,7	3711,7	3711,7	3829,8	3880,4	3796
Pв	Н	31,407	70,665	125,63	196,29	282,66	384,73	502,51	635,99
ѓ		0,0357	0,0366	0,0378	0,0394	0,0414	0,0437	0,0464	0,0494
ш		0,1157	0,1166	0,1178	0,1194	0,1214	0,1237	0,1264	0,1294
Pс	Н	958,83	1021,2	1108,5	1220,7	1357,9	1520	1707	1919
Pсп	Н	3036,4	3098,8	3186,1	3298,3	3435,5	3597,6	3784,6	3996,6
D		0,1099	0,1272	0,1329	0,1354	0,132	0,1327	0,1301	0,1217
J	м/с2	0,6844	0,8361	0,877	0,8851	0,8364	0,8207	0,7723	0,667
Dц ц=0,5		0,4988	0,4973	0,4952	0,4924	0,4891	0,4852	0,4807	0,4755
Dц ц=0,1		0,0988	0,0973	0,0952	0,0924	0,0891	0,0852	0,0807	0,0755
Dц ц=0,9		0,8988	0,8973	0,8952	0,8924	0,8891	0,8852	0,8807	0,8755
Передача № 4; uкп=1; д=1,048;
Vа	м/с	7,8671	11,801	15,734	19,668	23,601	27,535	31,468	35,402
Vа	км/ч	28,322	42,482	56,643	70,804	84,965	99,125	113,29	127,45
Pт	Н	2138,5	2501,2	2651,3	2751,3	2751,3	2838,9	2876,4	2813,9
Pв	Н	63,761	143,46	255,04	398,5	573,85	781,07	1020,2	1291,2
ѓ		0,0364	0,0382	0,0408	0,044	0,048	0,0527	0,0581	0,0642
ш		0,1164	0,1182	0,1208	0,124	0,128	0,1327	0,1381	0,1442
Pс	Н	1010,2	1136,8	1314	1541,9	1820,3	2149,4	2529,2	2959,6
Pсп	Н	3087,8	3214,4	3391,6	3619,5	3897,9	4227	4606,8	5037,2
D		0,0799	0,0908	0,0923	0,0906	0,0838	0,0792	0,0715	0,0586
J	м/с2	0,4063	0,4913	0,4815	0,4355	0,3352	0,2483	0,125	-0,0525
Dц ц=0,5		0,4975	0,4945	0,4902	0,4847	0,4779	0,4699	0,4607	0,4503
Dц ц=0,1		0,0975	0,0945	0,0902	0,0847	0,0779	0,0699	0,0607	0,0503
Dц ц=0,9		0,8975	0,8945	0,8902	0,8847	0,8779	0,8699	0,8607	0,8503
Передача № 5; uкп=0,88; д=1,044;
Vа	м/с	8,9603	13,44	17,921	22,401	26,881	31,361	35,841	40,321
	км/ч	32,257	48,386	64,514	80,643	96,771	112,9	129,03	145,16
Pт	Н	1777,8	2079,2	2204	2287,2	2287,2	2359,9	2391,1	2339,2
Pв	Н	82,712	186,1	330,85	516,95	744,41	1013,2	1323,4	1674,9
ѓ		0,0369	0,0392	0,0425	0,0467	0,0519	0,0579	0,065	0,0729
ш		0,1169	0,1192	0,1225	0,1267	0,1319	0,1379	0,145	0,1529
Pс	Н	1040,3	1204,5	1434,4	1730	2091,2	2518,1	3010,8	3569,1
Pсп	Н	3117,9	3282,1	3512	3807,6	4168,8	4595,7	5088,4	5646,7
D		0,0653	0,0729	0,0721	0,0682	0,0594	0,0519	0,0411	0,0256
J	м/с2	0,2666	0,3162	0,2782	0,2014	0,0708	-0,0572	-0,224	-0,4446
Dц ц=0,5		0,4968	0,4928	0,4873	0,4801	0,4713	0,461	0,449	0,4355
Dц ц=0,1		0,0968	0,0928	0,0873	0,0801	0,0713	0,061	0,049	0,0355
Dц ц=0,9		0,8968	0,8928	0,8873	0,8801	0,8713	0,861	0,849	0,8355

Далее представим графические зависимости тяговой характеристики, динамического фактора и график ускорений по выше полученным данным в таблице 2.2.1.

Рисунок 2.2.1 - График тяговой характеристики автомобиля УАЗ-316300 «Патриот»: кривые 1…5 - сила тяги соответственно на 1…5 передачах; кривые 6,7 - сила сопротивления движению соответственно на горизонтальном участке и заданном подъеме



Рисунок 2.2.2 - График динамической характеристики автомобиля УАЗ-316300 «Патриот»: кривые 1…5 - динамический фактор по крутящему моменту соответственно на 1…5 передачах; кривые 6…8 - динамический фактор по сцеплению соответственно для максимального ц=0,9, заданного ц=0,5 и минимального ц=0,1; кривые 9,10 - коэффициенты сопротивления соответственно качению ѓ и дороги ш

Рисунок 2.2.3 - График ускорений автомобиля УАЗ-316300 «Патриот»: кривые 1…5 - ускорение при разгоне на горизонтальном участке дороги соответственно на 1…5 передачах

Результаты анализа тяговой, динамической характеристик и графика ускорений автомобиля УАЗ-316300 «Патриот»

Из тяговой характеристики (рисунок 2.2.1) следует, что в заданных дорожных условиях автомобиль УАЗ-316300 «Патриот» может эксплуатироваться на передачах коробки передач с первой по четвертую, при этом максимальная скорость на горизонтальном участке дороги равна 123,8 км/ч;

Максимальная свободная сила тяги на горизонте и подъеме при i=0,08 соответственно равна 10390,5 Н и 8312,9 Н;

В заданных дорожных условиях автомобиль УАЗ-316300 «Патриот» может буксировать на первой передаче прицеп массой 30293 кг:

Определим массу прицепа из условия равновесия:

Rz*ѓ=Рт-Рс (2.2.12)

m*g*ѓ=Рт-Рс

m*9,8*0,035=11392-1001,5

m*0,343=10390,5

m=10390,5/0,343=30293

Из динамической характеристики (рисунок 2.2.2) следует, что заданный подъем автомобиль УАЗ-316300 «Патриот» может преодолеть на первой, второй и третьей передачах. При этом максимальное значение угла подъема составляет 24,2 град. при ц=0,9. Движение по гололеду (ц=0,1) характеризуется существенным снижением тягово-скоростных свойств автомобиля УАЗ-316300 «Патриот» и угол преодолеваемого подъема снижается до 4,1 град.

Из графика ускорений (рисунок 2.2.3) автомобиля УАЗ-316300 «Патриот» следует, что кривые 1,2,3 не пересекаются между собой, поэтому для обеспечения плавного разгона необходимо переключаться на каждую последующую передачу после разгона на предыдущей до максимальной скорости.

Ниже в таблице 2.2.2 представлены более подробно результаты анализа динамической характеристики автомобиля УАЗ-316300 «Патриот».

Таблица 2.2.2 - Результаты анализа динамической характеристики и графика ускорений автомобиля УАЗ-316300 «Патриот»

Показатель	Номер передачи
	1	2	3	4	5
Максимальная возможная скорость: Va max при i=0, ѓзад=0,035, (км/ч)	30,5	56,4	89,4	123,8	-
Максимальная возможная скорость: Va max при iзад=0,08, ѓзад=0,035, (км/ч)	30,5	56,4	82,8	-	-
Скорость при максимальном D: VD max (км/ч)	27	50,1	49,7	56,6	48,4
Максимальный преодолеваемый уклон imax при ѓзад=0,035 и цзад=0,5 (доли)	0,4	0,19	0,096	0,05	0,03
(град)	22,9	10,9	5,5	2,9	1,7
Максимальный преодолеваемый уклон imax при ѓзад=0,035 и цзад=0,1 (доли)	0,065	0,064	0,063	0,05	0,03
(град)	3,7	3,7	3,6	2,9	1,7
Максимальный преодолеваемый уклон imax при ѓзад=0,035 и цзад=0,9 (доли)	0,4	0,19	0,096	0,05	0,03
(град)	22,9	10,9	5,5	2,9	1,7
Пределы изменения ускорения (Jнач - Jкон) (м/с2)	2,242 - 3,003	1,246 - 1,609	0,684 - 0,667	0,406 - 0,125	0,27 - 0,07
Скорость момента переключения передач, Vп, (км/ч)	30,5	56,4	89,4	123,8	-

2.3 Расчет и анализ скоростных характеристик автомобиля УАЗ-316300 «Патриот»

В данном подразделе произведем расчет скоростных характеристик «Разгон АТС» и «Выбег АТС»

Для начала произведем расчет скоростной характеристики «Выбег АТС», для этого ниже приведем пример расчета всех показателей на первой передачи, на первом уровне скорости.

Расчет производится в следующем порядке:

Определим среднюю скорость в интервале ?Va=(Vai+Va(i+1)), которая равна:

Vсрi=0,5*( Vai+Va(i+1)) (2.3.1)

где Vсрi - средняя скорость в интервале ?Va=(Vai+Va(i+1)), м/с; Vai - начальная скорость интервала, м/с; Va(i+1) - конечная скорость интервала, м/с.

Vср1=0,5*(1,8807+2,8211)=2,3509

Определим значение среднего ускорения в интервале ?Va:

Jсрi=0,5*( Ji+J(i+1)) (2.3.2)

где Jсрi - значение среднего ускорения в интервале ?Va, м/с2; Ji - начальное значение ускорения в интервале, м/с2; J(i+1) - конечное значение ускорения в интервале, м/с2.

Jср1= 0,5*(2,2425+2,6667)=2,4546

Определим время разгона автомобиля УАЗ-316300 «Патриот» в интервале ?Va:

?tpi=?Va / Jсрi (2.3.3)

где ?tpi - время разгона автомобиля УАЗ-316300 «Патриот» в интервале ?Va, с; ?Va - средняя скорость в интервале, м/с; Jсрi - значение среднего ускорения в интервале ?Va, м/с2.

?tp1=0,94/2,4546=0,383

Для удобства использования значений времени разгона при построении графиков целесообразно интервальный вид записи этого параметра представить в числовой ряд с последующим нарастающим итогом:

tp1=?tpi (2.3.4)

tp1=0,383

Путь разгона автомобиля УАЗ-316300 «Патриот» рассчитаем при допущении неизменной скорости в каждом интервале ?Va:

?Spi=Vсрi*?tpi (2.3.5)

где ?Spi - путь разгона автомобиля УАЗ-316300 «Патриот», м; Vсрi - средняя скорость в интервале, м/с; ?tpi - время разгона автомобиля УАЗ-316300 «Патриот» в интервале ?Va, с.

?Sp1=2,3509*0,383=0,9003

Полученные значения ?Spi преобразовываем в числовой ряд:

Spi=У ?Spi (2.3.6)

Spi=0,9003

Далее представим результаты расчета скоростной характеристики автомобиля УАЗ-316300 «Патриот» в таблице 2.3.1.

Таблица 2.3.1 - Результаты расчета скоростной характеристики «Разгон АТС»

Параметры	Результаты расчета
Передача № 1: tП=0 с; ?VП=0 м/с; SП=0 м.
Vа ср, м/с	2,3509	3,2913	4,2317	5,172	6,1124	7,0528	7,9931
Vа ср, км/ч	8,463	11,85	15,23	18,6	22	25,4	28,8
Jср, м/с2	2,4546	2,7535	2,8971	2,9516	2,9979	3,0654	3,0438
?tр, с	0,383	0,3414	0,3245	0,3185	0,3136	0,3067	0,3088
tр, с	0,383	0,7243	1,0488	1,3673	1,6808	1,9875	2,2963
?Sр, м	0,9003	1,1236	1,373	1,6472	1,9166	2,1627	2,4685
Sр, м	0,9003	2,0239	3,3969	5,0441	6,9607	9,1234	11,592
Передача № 2: tП=1 с; ?VП=0,33 м/с; SП=7,5 м.
Vа ср, м/с	4,3527	6,0938	7,8349	9,5757	11,317	13,059	14,8
Vа ср, км/ч	15,67	21,94	28,2	34,474	40,7	47	53,28
Jср, м/с2	1,3746	1,5521	1,6298	1,6493	1,6609	1,6826	1,6467
?tр, с	1,2666	1,1218	1,0683	1,0554	1,0488	1,0347	1,0573
tр, с	1,2666	2,3884	3,4567	4,5121	5,5609	6,5956	7,6529
?Sр, м	5,5131	6,836	8,37	10,106	11,869	13,512	15,648
Sр, м	5,5131	12,349	20,719	30,825	42,694	56,206	71,854
Передача № 3: tП=1 с; ?VП=0,33 м/с; SП=13,95 м.
Vа ср, м/с	6,9017	9,6626	12,424	15,184	17,945	20,706	23,466
Vа ср, км/ч	24,846	34,79	44,7	54,7	64,6	74,5	84,5
Jср, м/с2	0,7604	0,8568	0,8818	0,861	0,8287	0,7969	0,7198
?tр, с	3,6306	3,2223	3,1311	3,2056	3,3317	3,4647	3,8344
tр, с	3,6306	6,8529	9,984	13,18	16,511	19,986	23,82
?Sр, м	25,057	31,136	38,901	48,674	59,787	71,74	89,978
Sр, м	25,057	56,193	95,094	143,77	203,56	275,3	365,27
Передача № 4: tП=1 с; ?VП=0,33 м/с; SП=22,1 м.
Vа ср, м/с	9,8341	13,768	17,701	21,635	25,568	29,502
Vа ср, км/ч	35,4	49,56	63,72	77,9	92	106,2
Jср, м/с2	0,4494	0,4868	0,4587	0,3853	0,2913	0,1866
?tр, с	8,7537	8,0793	8,5764	10,208	13,505	21,077
tр, с	8,7537	16,833	25,409	35,617	49,122	70,199
?Sр, м	86,085	111,24	151,81	220,85	345,3	621,81
Sр, м	86,085	197,33	349,14	569,99	915,29	1537,1

Далее представим промежуточные графики скоростной характеристики «Разгон АТС».



Рисунок 2.3.2 - Промежуточный график скоростной характеристики АТС УАЗ-316300 «Патриот»; кривые 1…4 - зависимость скорости от пути разгона на горизонтальном участке дороги соответственно на 1…4 передачах

Таблица 2.3.2 - Характеристика процесса переключения передач

Параметр	Значение
Номер переключаемой передачи	1	2	3	4
Время переключения tп, с	1	1	1	1
Снижение скорости ?Vп, м/с	0,33	0,33	0,33	0,33
Путь за время tп, Sп, м	0	7,5	13,95	22,1

Далее произведем расчет скоростной характеристики «Выбег АТС с начальной скорости 50 км/ч (13,9 м/с) до полной остановки автотранспортного средства. При этом шаг варьирования скорости равен:

?Va=Vа.н/8 (2.3.7)

где ?Va - шаг варьирования скорости, м/с; Vа.н - начальная скорость, м/с.

?Va=13,9/8=1,74

Для начала представим алгоритм расчета каждого показателя первого столбца из таблицы 2.3.3.

Рассчитаем коэффициент учета вращающихся масс:

д=1+((zк*Jкi)/ma*rk2) (2.3.8)

где д - коэффициент учета вращающихся масс; zк - число вращающихся колес АТС; Jk - момент инерции колеса, кг*м2; mа - масса груженого АТС, кг; rk - радиус колеса, м.

д=1+((4*1,955)/2650*0,3452)=1,02

Рассчитаем следующий показатель - текущий уровень скорости. Для первого уровня скорость будет равна начальной, то есть равна 13,9 м/с.

Рассчитаем силу сопротивления воздуха для данного уровня скорости:

РВ=Сх*с*Fа*Vа2/2 (2.3.9)

где РВ - сила сопротивления воздуха, Н; Сх - коэффициент аэродинамического сопротивления; с - плотность воздуха (при температуре воздуха tв=20°), кг/м3; Fа - лобовая площадь АТС, м2;

Vа - скорость АТС, м/с.

РВ=0,62*1,205*2,75787*13,92/2=199,1

Далее рассчитаем замедление АТС УАЗ-316300 «Патриот» для данного уровня скорости, с учетом отсоединенного от ведущих колес двигателя:

JB=(ma*g*?+PB)/(ma*д) (2.3.10)

где JB - замедление АТС УАЗ-316300 «Патриот» для данного уровня скорости, м/с2; ma - масса груженого АТС, кг; g - ускорение силы тяжести,м/с2; РВ - сила сопротивления воздуха, Н; ѓ - коэффициент сопротивления качению;

д - коэффициент учета вращающихся масс.

JB=(2650*9,8*0,035+199,1)/(2650*1,02)=0,41

Время и путь выбега рассчитаем аналогично времени и пути разгона, в частности:

Сначала определим среднюю скорость в интервале ?Va=(Vai+Va(i+1)), которая равна:

Vсрi=0,5*( Vai+Va(i+1)) (2.3.11)

где Vсрi - средняя скорость в интервале ?Va=(Vai+Va(i+1)), м/с; Vai - начальная скорость интервала, м/с; Va(i+1) - конечная скорость интервала, м/с.

VсрВ=0,5*(13,9+12,16)=13,03

Определим значение среднего замедления в интервале ?Va:

JсрВ=0,5*( Ji+J(i+1)) (2.3.12)

где Jсрi - значение среднего замедления в интервале ?Va, м/с2; Ji - начальное значение замедления в интервале, м/с2; J(i+1) - конечное значение замедления в интервале, м/с2.

Jср1= 0,5*(0,41+0,39)=0,4

Определим время замедления автомобиля УАЗ-316300 «Патриот» в интервале ?Va:

?tpi=?Va / Jсрi (2.3.13)

где ?tpi - время замедления автомобиля УАЗ-316300 «Патриот» в интервале ?Va, с; ?Va - средняя скорость в интервале, м/с; Jсрi - значение среднего замедления в интервале ?Va, м/с2.

?tp1=1,74/0,4=4,35

Для удобства использования значений времени замедления при построении графиков целесообразно интервальный вид записи этого параметра представить в числовой ряд с последующим нарастающим итогом:

tp1=?tpi (2.3.14)

tp1=4,35

Путь замедления автомобиля УАЗ-316300 «Патриот» рассчитаем при допущении неизменной скорости в каждом интервале ?Va:

?Spi=Vсрi*?tpi (2.3.15)

где ?Spi - путь замедления автомобиля УАЗ-316300 «Патриот», м; Vсрi - средняя скорость в интервале, м/с; ?tpi - время замедления автомобиля УАЗ-316300 «Патриот» в интервале ?Va, с.

?Sp1=13,03*4,35=56,68

Полученные значения ?Spi преобразовываем в числовой ряд:

Spi=У ?Spi (2.3.16)

Spi=56,68

Представим далее численные значения скоростной характеристики «Выбег АТС» в таблице 2.3.3 и графической зависимостью на рисунке 2.3.3.

Таблица 2.3.3 - Результаты расчета скоростной характеристики «Выбег АТС»

№	Параметр	Результаты расчета
1	Коэффициент д	1,02
2	Va, м/с	13,9	12,16	10,43	8,69	6,95	5,21	3,48	1,74	0
3	км/ч	50	43,79	37,53	31,28	25,02	18,77	12,51	6,26	0
4	PВ, Н	199,1	152,4	111,96	77,75	49,76	27,99	12,44	3,11	0
5	JВ, м/с2	0,41	0,39	0,38	0,37	0,35	0,35	0,34	0,34	0,34
6	Vа ср, м/с	13,03	11,3	9,56	7,82	6,08	4,35	2,61	0,87	0
7	Jср. В, м/с2	0,4	0,39	0,38	0,36	0,35	0,35	0,34	0,34	0,17
8	?tВ, с	4,35	4,52	4,64	4,83	4,97	5,04	5,12	5,12	10,24
9	tВ, с	4,35	8,87	13,51	18,34	23,31	28,36	33,48	38,59	48,83
10	?SВ, м	56,68	51,05	44,36	37,80	30,23	21,91	13,36	4,45	0
11	SВ, м	56,68	107,73	152,09	189,88	220,11	242,02	255,38	259,83	259,83

Результаты анализа скоростных характеристик автомобиля УАЗ-316300 «Патриот» представляем значениями показателей разгона и выбега в таблице 2.3.4

Таблица 2.3.4 - Результаты анализа скоростных характеристик автомобиля УАЗ-316300 «Патриот»

Показатель	Значение
Время разгона на участке длиной 400 м, с	22,3
Время разгона на участке длиной 1000 м, с	46,5
Время разгона до заданной скорости, с	38,8
Скорость в конце участка длиной 1600 м, м/с (км/ч)	34,2(123,12)
Скорость в конце участка длиной 2000 м, м/с (км/ч)	37,5 (135)
Условная максимальная скорость, т.е. средняя скорость прохождения последних 400 м на участке длиной 2000 м при разгоне с места, м/с (км/ч)	129,06
Путь выбега при начальной скорости VН=50 км/ч, SB, м	259,83

3. Топливная экономичность АТС УАЗ-316300 «Патриот»

В данном разделе будет оцениваться топливная экономичность АТС УАЗ-316300 «Патриот» посредством топливной характеристики установившегося движения.

Для этого необходимо решить следующие задачи:

1. Сформировать дополнительный массив исходных данных;

2. Определить номер передачи, обеспечивающей движение с максимальной скоростью в заданных дорожных условиях:

2.1 при ѓ0=0,035 и i=0,08 рассчитать зависимость путевого расхода топлива для выявленного диапазона скоростей и построить график Qs=f(Va);

2.2 при ѓ0=0,035 и i=0 рассчитать зависимость путевого расхода топлива для выявленного диапазона скоростей и построить график Qs=f(Va);

2.3 при ѓ0=0,014 и i=0 рассчитать зависимость путевого расхода топлива для выявленного диапазона скоростей и построить график Qs=f(Va);

2.4 при ѓ0=0,014 и i=0 и движении на низшей передаче рассчитать зависимость путевого расхода топлива для выявленного диапазона скоростей и построить график Qs=f(Va)

3. Проанализировать результаты и разработать рекомендации по экономичной эксплуатации АТС.

3.1 Расчет и анализ топливной характеристики

В данном подразделе будут решаться такие задачи как формирование дополнительного массива исходных данных и расчет топливной характеристики.

По условию движения №1 (таблица 3.1), т. е. при заданном значении коэффициента сопротивления качению ѓ0=0,035 и уклона i=0,08 по рисунку 2.2.2 и таблице 2.2.1 можно констатировать, что АТС УАЗ-316300 «Патриот» в заданных условиях может двигаться с максимальной скоростью на передаче №4, при этом возможный диапазон скорости равен (5,5214 - 24,846);

По условию движения №2 (таблица 3.1), т. е. при заданном значении коэффициента сопротивления качению ѓ0=0,035 и при отсутствиимуклона i=0 по рисунку 2.2.2 и таблице 2.2.1 можно констатировать, что АТС УАЗ-316300 «Патриот» в заданных условиях может двигаться с максимальной скоростью на передаче №3, при этом возможный диапазон скорости равен (3,8671 - 35,402);

Для того что бы определить номер передачи и диапазон скорости по условию движения №3 (таблица 3.1) необходимо предварительно рассчитать для динамической характеристики кривую ѓ при ѓ0=0,014.

Приведем пример расчета данных для кривой ѓ, при этом необходимые для расчета уровни скорости будем брать из таблицы 2.2.1:

ѓ=ѓо*(1+(Vа2/1500)) (3.1)

где ѓ - коэффициент сопротивления качению; ѓо - коэффициент сопротивления качению в заданных условиях; Vа - скорость АТС, м/с.

ѓ1=0,014*(1+(8,96032/1500))=0,015

ѓ2=0,014*(1+(13,442/1500))=0,016

ѓ3=0,014*(1+(17,9212/1500))=0,017

ѓ4=0,014*(1+(22,4012/1500))=0,019

ѓ5=0,014*(1+(26,8812/1500))=0,021

ѓ6=0,014*(1+(31,3612/1500))=0,023

ѓ7=0,014*(1+(35,8412/1500))=0,026

ѓ8=0,014*(1+(40,3212/1500))=0,029

Для того чтобы определить передачу и скорость движения по условию №3 необходим график динамической характеристики.

Далее представим массив исходных данных необходимый для расчета топливной характеристики.

Таблица 3.1 - Массив исходных данных к расчету топливной характеристики

Минимальный удельный расход топлива qe min=265 г/кВт*ч
Максимальная эффективная мощность Ne max=105 кВт
Плотность топлива - бензин АИ-92 с=0,727 кг/л
Полная масса АТС УАЗ-316300 «Патриот» ma=2650 кг Расход топлива на 100 км(смешанный цикл) 10,4 л
Номер условия движения	Коэффициент сопротивления качению ѓ0	Уклон i	Передача №	Диапазон скорости (Vmin - Vmax), м/с
1	0,035	0,08	3	5,5214 - 24,846
2	0,035	0	4	7,8671 - 35,402
3	0,014	0	5	8,9603 - 40,321
4	0,014	0	1	1,8807 - 8,4633

Представим численные примеры расчетов параметров и результаты расчетов путевого расхода топлива для различных условий движения.

Для условия движения номер 1 (таблица 3.1):

Сначала найдем относительную частоту вращения:

nei/ne max (3.2)

где nei - уровень частоты вращения коленчатого вала, об/мин; ne max - максимальная частота вращения коленчатого вала, об/мин.

1500/4500=0,33

Найдем максимальный часовой расход топлива:

Q1=0,0012*gmin*Ne max*(1-(1-nei/ne max)1,6) (3.3)

где Q1 - максимальный часовой расход топлива, кг/ч; gmin - минимальный удельный расход топлива, г/кВт*ч; Ne max - максимальная мощность, кВт; nei/ne max - относительная частота вращения.

Q1=0,0012*265*105*(1-(1-0,33)1,6)=15,94

Уровень скорости автомобиля, силу тяги и силу сопротивления подъему берем из 2 раздела (таблица 2.2.1) на необходимой нам передаче:

Va=8,2821 м/с;

Va=29,816 км/ч;

Рт=3374,3 Н;

Рсп=3098,8 Н.

Определяем фактический часовой расход топлива:

Qt=Q1*(0,8*(Рс/Рт)1,8+0,25) (3.4)

где Qt - фактический часовой расход топлива, кг/ч; Q1 - максимальный часовой расход топлива, кг/ч; Рт - сила тяги, Н; Рсп - сила сопротивления подъему, Н.

Qt=15,94*(0,8*(3098,8/3374,3)1,8+0,25)=14,92

Рассчитаем путевой расход топлива для данного условия движения (ѓ0=0,035; i=0,08):

Qs1=(27,8*Qt)/(Va*с) (3.5)

где Qs1 - путевой расход топлива, л/100км; Qt - фактический часовой расход топлива, кг/ч; Va - скорость АТС, м/с; с - плотность топлива (таблица 3.1), кг/л.

Qs1=(27,8*14,92)/(8,2821*0,727)=68,89

Представим далее в таблице 3.2 результаты вычисления данных по условию движения №1:

Таблица 3.2 - Результаты расчета топливной характеристики

Условие движения №1: передача №3; ma=2650 кг; ѓ=0,035; i=0,08.
Относительная частота вала		0,22	0,33	0,44	0,56	0,67	0,78	0,89	1,00
Максимальный часовой расход, кг/ч	Q1	11,06	15,94	20,35	24,27	27,63	30,38	32,40	33,39
Скорость автомобиля, м/с	Va	5,5214	8,2821	11,043	13,804	16,564	19,325	22,086	24,846
Скорость автомобиля, км/ч	Va	19,877	29,816	39,754	49,693	59,631	69,57	79,508	89,447
Сила тяги, Н	Рт	2885	3374,3	3576,7	3711,7	3711,7	3829,8	3880,4	3796
Сила сопротивления подъему, Н	Рс	3036,4	3098,8	3186,1	3298,3	3435,5	3597,6	3784,6	3996,6
Фактический часовой расход, кг/ч	Qt	12,46	68,89	63,41	60,29	60,35	58	56,92	37,65
Путевой расход, л/100км	Qs	86,30	68,89	63,41	60,29	60,35	58	56,92	57,95

Для условия движения номер 2 (таблица 3.1):

Сначала найдем относительную частоту вращения:

nei/ne max (3.6)

где nei - уровень частоты вращения коленчатого вала, об/мин; ne max - максимальная частота вращения коленчатого вала, об/мин.

1000/4500=0,22

автомобиль патриот чертеж характеристика

Найдем максимальный часовой расход топлива:

Q1=0,0012*gmin*Ne max*(1-(1-nei/ne max)1,6) (3.7)

где Q1 - максимальный часовой расход топлива, кг/ч; gmin - минимальный удельный расход топлива, г/кВт*ч; Ne max - максимальная мощность, кВт; nei/ne max - относительная частота вращения.

Q1=0,0012*265*105*(1-(1-0,22)1,6)=11,06

Уровень скорости автомобиля, силу тяги и силу сопротивления качению берем из 2 раздела (таблица 2.2.1) на необходимой нам передаче:

Va=7,8671 м/с;

Va=28,322 км/ч;

Рт=2138,5 Н;

Рс=1010,2 Н.

Определяем фактический часовой расход топлива:

Qt=Q1*(0,8*(Рс/Рт)1,8+0,25) (3.8)

где Qt - фактический часовой расход топлива, кг/ч; Q1 - максимальный часовой расход топлива, кг/ч; Рт - сила тяги, Н; Рсп - сила сопротивления качению, Н.

Qt=11,06*(0,8*(1010,2/2138,5)1,8+0,25)=5,06

Рассчитаем путевой расход топлива для данного условия движения (ѓ0=0,035; i=0):

Qs1=(27,8*Qt)/(Va*с) (3.9)

где Qs1 - путевой расход топлива, л/100км; Qt - фактический часовой расход топлива, кг/ч; Va - скорость АТС, м/с; с - плотность топлива (таблица 3.1), кг/л.

Qs1=(27,8*5,06)/(7,8671*0,727)=24,58

Так же представим в таблице 3.2 результаты вычисления данных по условию движения №2:

Для условия движения номер 3 (таблица 3.1):

Сначала найдем относительную частоту вращения:

nei/ne max (3.10)

где nei - уровень частоты вращения коленчатого вала, об/мин; ne max - максимальная частота вращения коленчатого вала, об/мин.

1000/4500=0,22

Найдем максимальный часовой расход топлива:

Q1=0,0012*gmin*Ne max*(1-(1-nei/ne max)1,6) (3.11)

где Q1 - максимальный часовой расход топлива, кг/ч; gmin - минимальный удельный расход топлива, г/кВт*ч; Ne max - максимальная мощность, кВт; nei/ne max - относительная частота вращения.

Q1=0,0012*265*105*(1-(1-0,22)1,6)=11,06

Уровень скорости автомобиля, силу тяги берем из 2 раздела (таблица 2.2.1) на необходимой нам передаче №4:

Va=7,8671 м/с;

Va=28,322 км/ч;

Рт=2138,5 Н.

Силу сопротивления движению на горизонтальном участке рассчитываем по формуле 2.2.6, так как в данном случае изменился коэффициент сопротивления качению.

Рс1=63,761+2650*9,8*0,015=442,34

Рс2=143,46+2650*9,8*0,015=540,8

Рс3=255,04+2650*9,8*0,016=678,62

Рс4=398,5+2650*9,8*0,018=855,84

Рс5=573,85+2650*9,8*0,019=1072,44

Рс6=781,07+2650*9,8*0,021=1328,42

Рс7=1020,2+2650*9,8*0,023=1623,8

Определяем фактический часовой расход топлива:

Qt=Q1*(0,8*(Рс/Рт)1,8+0,25) (3.12)

где Qt - фактический часовой расход топлива, кг/ч; Q1 - максимальный часовой расход топлива, кг/ч; Рт - сила тяги, Н; Рсп - сила сопротивления качению, Н.

Qt=11,06*(0,8*(442,34/2138,5)1,8+0,25)=3,28

Рассчитаем путевой расход топлива для данного условия движения (ѓ0=0,014; i=0):

Qs1=(27,8*Qt)/(Va*с) (3.13)

где Qs1 - путевой расход топлива, л/100км; Qt - фактический часовой расход топлива, кг/ч; Va - скорость АТС, м/с; с - плотность топлива (таблица 3.1), кг/л.

Qs1=(27,8*3,28)/(7,8671*0,727)=15,95

Так же представим в таблице 3.2 результаты вычисления данных по условию движения №3:

Для условия движения номер 4 (таблица 3.1):

Сначала найдем относительную частоту вращения:

nei/ne max (3.14)

где nei - уровень частоты вращения коленчатого вала, об/мин; ne max - максимальная частота вращения коленчатого вала, об/мин.

1000/4500=0,22

Найдем максимальный часовой расход топлива:

Q1=0,0012*gmin*Ne max*(1-(1-nei/ne max)1,6) (3.15)

где Q1 - максимальный часовой расход топлива, кг/ч; gmin - минимальный удельный расход топлива, г/кВт*ч; Ne max - максимальная мощность, кВт; nei/ne max - относительная частота вращения.

Q1=0,0012*265*105*(1-(1-0,22)1,6)=11,06

Уровень скорости автомобиля, силу тяги берем из 2 раздела (таблица 2.2.1) на необходимой нам передаче №1:

Va=1,8807 м/с;

Va=6,7706 км/ч;

Рт=8469,7 Н.

Силу сопротивления движению на горизонтальном участке рассчитываем по формуле 2.2.6, так как в данном случае изменился коэффициент сопротивления качению.

Рс1=3,644+2650*9,8*0,01403=368,08

Рс2=8,1989+2650*9,8*0,01407=373,71

Рс3=14,576+2650*9,8*0,01413=381,59

Рс4=22,775+2650*9,8*0,01421=391,71

Рс5=32,796+2650*9,8*0,01430=404,91

Рс6=44,639+2650*9,8*0,01440=418,72

Рс7=58,304+2650*9,8*0,01453=435,60

Рс8=73,79+2650*9,8*0,01467=454,73

Определяем фактический часовой расход топлива:

Qt=Q1*(0,8*(Рс/Рт)1,8+0,25) (3.16)

где Qt - фактический часовой расход топлива, кг/ч; Q1 - максимальный часовой расход топлива, кг/ч; Рт - сила тяги, Н; Рсп - сила сопротивления качению, Н.

Qt=11,06*(0,8*(368,08/8469,7)1,8+0,25)=2,80

Рассчитаем путевой расход топлива для данного условия движения (ѓ0=0,014; i=0):

Qs1=(27,8*Qt)/(Va*с) (3.17)

где Qs1 - путевой расход топлива, л/100км; Qt - фактический часовой расход топлива, кг/ч; Va - скорость АТС, м/с; с - плотность топлива (таблица 3.1), кг/л.

Qs1=(27,8*2,80)/(1,8807*0,727)=56,83

Так же представим в таблице 3.2 результаты вычисления данных по условию движения №3:

Таблица 3.2 - Результаты расчета топливной характеристики

Условие движения №4: передача №1; ma=2650 кг; ѓ=0,014; i=0.
Относительная частота вала		0,22	0,33	0,44	0,56	0,67	0,78	0,89	1,00
Максимальный часовой расход, кг/ч	Q1	11,06	15,94	20,35	24,27	27,63	30,38	32,40	33,39
Скорость автомобиля, м/с	Va	1,8807	2,8211	3,7615	4,7018	5,6422	6,5826	7,5229	8,4633
Скорость автомобиля, км/ч	Va	6,7706	10,156	13,541	16,927	20,312	23,697	27,083	30,468
Сила тяги, Н	Рт	8469,7	9906,1	10500	10897	10897	11243	11392	11144
Сила сопротивления подъему, Н	Рс	368,08	373,71	381,59	391,71	404,09	418,72	435,60	454,73
Фактический часовой расход, кг/ч	Qt	2,80	4,02	5,13	6,12	6,97	7,66	8,17	8,43
Путевой расход, л/100км	Qs	56,83	54,48	52,15	49,74	47,22	44,50	41,54	38,10

Далее на рисунке 3.2 представим графическую зависимость путевого расхода топлива при всех условиях движения из таблицы 3.2 от скорости движения.

Рисунок 3.2 - График топливной характеристики автомобиля УАЗ-316300 «Патриот»: 1 - движение по подъему на третьей передаче с заданным ѓ=0,035 и i=0,08; 2 - движение по горизонтальной дороге на четвертой передаче с заданным ѓ=0,035; 3 - движение по горизонтальной дороге на пятой передаче с ѓ=0,014; 4 - движение на первой передаче по горизонтальной дороге с ѓ=0,014.

Представим результаты расчета топливной характеристики в виде следующих выводов:

1. Путевой расход топлива Qs при движении автомобиля УАЗ-316300 «Патриот» с максимально возможной скоростью на горизонтальной дороге с заданным ѓ=0,035 равен 34,83 л/100км.

2. Диапазон изменения Qs при движении автомобиля УАЗ-316300 «Патриот» в скоростном диапазоне по условию движения №1 (таблица 3.1) равен 68,89 - 56,82 л/100км;

3. Диапазон изменения Qs при движении автомобиля УАЗ-316300 «Патриот» в скоростном диапазоне по условию движения №2 (таблица 3.1) равен 24,58 - 34,83 л/100км;

4. Диапазон изменения Qs при движении автомобиля УАЗ-316300 «Патриот» в скоростном диапазоне по условию движения №3 (таблица 3.1) равен 15,18 - 28,66 л/100км;

5. При переходе на низшую передачу в дорожных условиях по №4 (таблица 3.1) путевой расход топлива Qs повышается в 3,7 раза;

6. При движении по условию №3 путевой расход топлива Qs отличается от справочного значения контрольного расхода топлива [7] на 4,6 %.

4. Тормозные свойства

В данном разделе будут оценены тормозные свойства автомобиля УАЗ-316300 посредством расчета замедления, скоростной характеристики «Торможение АТС» и расчета остановочного пути.

4.1 Расчет, построение и анализ скоростной характеристики «Торможение АТС»

Массив исходных данных формируем используя данные из таблиц 1.1.1; 1.2.1; 2.1 и рисунка 2.2.2.

Массы, приходящиеся на оси АТС рассчитываем по следующей формуле:

m=Rz/g (4.1)

где m - масса, приходящаяся на ось АТС, кг; Rz - нормальная реакция на ось, Н; g - ускорение силы тяжести,м/с2.

Масса, приходящаяся на переднюю ось:

m1=11926,6/9,8=1217

Масса, приходящаяся на заднюю ось:

m2=14043,5/9,8=1433

Рассчитаем коэффициент учета вращающихся масс:

д=1+(zk*Jk/(ma*rk2)) (4.2)

где д - коэффициент учета вращающихся масс; zk - число вращающихся колес; Jk - момент инерции колеса, кг*м2; ma - полная масса АТС, кг; rk - статический радиус колеса, м.

д=1+(4*1,955/(2650*0,3452))=1,02

Далее в таблице 4.1 представим массив дополнительных исходных данных для расчета тормозных свойств.

Таблица 4.1 - Массив исходных данных для расчета показателей тормозных свойств

Параметр	Обозначение	Значение
Полная масса АТС, кг	ma	2650
в том числе на переднюю ось, кг	m1	1217
в том числе на заднюю ось	m2	1433
Статический радиус колеса, м	rk	0,345
Момент инерции колеса, кг*м2	Jk	1,955
Число вращающихся колес	Zk	4
Коэффициент учета вращающихся масс	д	1,02
Лобовая площадь, м2	F	2,75787
Коэффициент лобового сопротивления	Cx	0,62
Плотность воздуха, кг/м3		1,205
Коэффициент сцепления: заданный максимальный	цзад цmax	0,5 0,8
Продольный уклон дороги	I	0,08
Уклон продольного наклона дороги, град	б	5
Максимальная скорость, м/с	Vmax	34,4

Произведем расчет скоростной характеристики «Торможение АТС» для условий торможения: