Определение максимальной мощности автомобильного двигателя

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

Задача транспорта полное удовлетворение потребностей народного хозяйства и населения в перевозках, повышение экономической эффективности его работы. Основная роль в решении транспортной проблемы принадлежит автомобильному транспорту общего пользования.

Для повышения эффективности транспорта необходимо ускорять создание и внедрение передовой техники и технологии, повышать производительность труда и интенсивность использования подвижного состава. Одновременно надо повышать безопасность движения, снижать отрицательное воздействие транспорта на окружающую среду.

Современный этап развития теории эксплуатационных свойств характеризуется углубленным изучением отдельных особенностей, оценкой их в комплексе и оптимизацией технических параметров. Это позволяет на стадии проектирования автомобиля создавать наиболее рациональные конструкции, а при использовании обеспечить максимальную эффективность их применения в конкретных условиях эксплуатации.

Эксплуатационные свойства автомобиля включают следующие более мелкие групповые свойства, обеспечивающие движение: тягово-скоростные и тормозные свойства, топливную экономичность, управляемость, устойчивость, маневренность, плавность хода и проходимость.

Под тягово-скоростными свойствами понимается совокупность свойств, определяющих возможные диапазоны изменения скоростей движения по характеристикам двигателя или сцепления ведущих колес с дорогой и предельные интенсивности разгона автомобиля при его работе на тяговом режиме в различных дорожных условиях.

Топливная экономичность автомобиля характеризует его свойство рационально использовать энергию сжигаемого топлива. Чем меньше расход топлива, тем дешевле эксплуатация автомобиля.

Курсовой проект выполняется с целью углубления теоретических знаний, полученных при изучении курса «Техника транспорта, обслуживание и ремонт». Основными задачами работы являются приобретение навыков практического использования теоретических знаний для оценки эксплуатационных показателей автомобилей, в частности, тягово-скоростных свойств.

Курсовой проект содержит расчет тягово-скоростных и топливно-экономических свойств автомобиля Ford Transit. Выполняемые расчеты носят проверочный характер, т.е. их содержанием является оценка эксплуатационных показателей не вновь создаваемых, а реально существующих автомобилей, позволяя оценить, в какой мере его конструкция соответствует требованиям эксплуатации.



1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАКСИМАЛЬНОЙ МОЩНОСТИ АВТОМОБИЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ

Максимальная мощность, кВт, автомобильного двигателя определяется по зависимости

где-коэффициент сопротивления качению при данной скорости движения автомобиля; -коэффициент обтекаемости;

Для определения применяют эмпирическое выражение следующего вида

, (1.2)

Где f0=0,015- коэффициент сопротивления качению при движении автомобиля при малых скоростях (из задания); =м/с.

-коэффициент обтекаемости;(из таблицы 1.2)

- вес автомобиля;

- максимальная скорость автомобиля на высшей передаче;

F -лобовая площадь автомобиля определяется по формуле, м2;

, (1.3)

где a- коэффициент заполнения площади, зависит от дорожного просвета и параметров подвески, принять a=0,8; В=1,97 м - ширина колеи передних колес; H=2,62 м - высота автомобиля; ?mp=0,95 - КПД трансмиссии автомобиля. Значения КПД зависят oт конструктивных, технологических и эксплуатационных факторов, указан в задании.

.

2. РАСЧЁТ И ПОСТРОЕНИЕ ВНЕШНЕЙ СКОРОСТНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ АВТОМОБИЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ

Динамические, скоростные и экономические показатели автомобилей неразрывно связаны с возможностями установленных на них двигателей. Наиболее полно возможности двигателя отображает его внешняя скоростная характеристика, представляющая собой зависимость мощности, крутящего момента и удельною расхода топлива от частоты вращения коленчатого вала двигателя при полной подаче топлива. Таким образом, внешняя скоростная характеристика автомобильного двигателя может быть представлена тремя кривыми

, (2.1)

где текущее значение эффективной мощности при максимальной подаче топлива, кВт; крутящий момент двигателя на том же режиме, Н; удельный эффективный расход топлива на том же режиме, г/(кВт; текущая частота вращения коленчатого вала двигателя, .

Угловая скорость коленчатого вала на номинальном режиме при

где частота вращения коленчатого вала двигателя (об/мин), указанная в задании.

=

==79693,36Вт

Минимальная минимальная угловая скорость вращения коленчатого вала определяется по формуле,:

Для дальнейшего построения промежуточных значений мощности диапазон частот от до

,

где n=10-количество точек.

, (2.2)

=12216,992

где максимальная эффективная мощность двигателя, Вт;

a, b, c - эмпирические коэффициенты, для карбюраторного двигателя равные: a=0,53; b=1,56; c=1,09

Кривая зависимости крутящего момента на валу двигателя от его частоты вращения строится с использованием уравнения:



Зависимость удельного расхода топлива двигателем с достаточной для расчетов точностью определяется выражением:

, (2.4)

где удельный эффективный расход топлива при номинальной мощности, заданный в исходных данных,,

коэффициент, учитывающий влияние частоты вращения коленчатого вала на удельный расход топлива, среднее значение которого определяется по формуле:

(2.5)

где для всех типов двигателей

Аналогично рассчитываю и для других частот вращения коленчатого вала , для удобства итоги расчётов сводим в таблицу 1.:Затем по данным указанной таблицы строим график внешней скоростной характеристики двигателя. Данный график так же приводится в графической части курсового проекта

Таблица 1.Расчет внешней скоростной характеристики двигателя

показатели					We, с^-1
	Wxx	W2	W3	W4	W5	W6	W7	W8	W9	Wn
	46,05	66,51	86,97	107,43	127,89	148,35	168,81	189,27	209,73	230,19
Wci/Wn	0,2	0,2889	0,3778	0,4667	0,5555	0,6444	0,7333	0,8222	0,9111	0,9996
a*(Wci/Wn)	0,106	0,153117	0,200234	0,247351	0,294415	0,341532	0,388649	0,435766	0,482883	0,529788
(Wci/Wn)^2	0,04	0,083463	0,142733	0,217809	0,30858	0,415251	0,537729	0,676013	0,830103	0,9992002
?*(Wci/Wn)^2	0,0624	0,130203	0,222663	0,339782	0,481385	0,647792	0,838857	1,05458	1,294961	1,5587522
(Wci/Wn)^3	0,008	0,024113	0,053924	0,101651	0,171416	0,267588	0,394317	0,555818	0,756307	0,9988005
c*(Wci/Wn)^3	0,00872	0,026283	0,058778	0,1108	0,186844	0,291671	0,429805	0,605841	0,824375	1,0886925
K(Wi)	1,087	1,036	0,996	0,966	0,946	0,934	0,929	0,931	0,938	0,950
Nei, Вт	18488,86	27753,27	37185,59	46449,87	55200,72	63122,19	69868,15	75102,63	78489,69	79693,33
Mk, Н*м	401,495	417,280	427,568	432,373	431,627	425,495	413,886	396,802	374,242	346,207
gei, г/(кВт*ч)	244,638	233,0601	224,05	217,3799	212,8263	210,1515	209,1341	209,5465	211,161	213,73651

Рисунок 1. Внешняя скоростная характеристика двигателя

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КИНЕМАТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ТРАНСМИССИИ

Тяговая характеристика автомобиля представляет собой зависимость силы тяги на ведущих колесах автомобиля от скорости его движения на всех передачах, т.е.

где сила тяги на k-й передаче при i-ом значении вращающего момента двигателя определяется по уравнению;скорость движения автомобиля;передаточное число k-й передачи коробки передач.

Сила тяги , кН, на ведущих колесах определяется из уравнения:



Здесь радиус качения колеса.

Аналогично рассчитываем для других значений вращающегося момента двигателя и остальных передач. Итоги расчетов сводим в таблицу 3.

Передаточное число главной передачи определяется по формуле:

где минимальное передаточное число коробки передач.

Передаточное число первой передачи находится исходя из трех условий :

f0=0,015- коэффициент сопротивления качению при движении автомобиля при малых скоростях (из задания);

из таблицы 1.

2).Найденное, число проверяем по условию сцепления ведущих колес с дорогой:

, (3.5)

где

коэффициент сцепления,

3).Так же определяем передаточное число первой передачи по условию обеспечения минимальной скорости движения по формуле:

=, (3.7)

==1,268

Принимаем4,2045

Передаточные числа промежуточных ступеней определяются из условия:

, (3.8)

где число ступеней передач коробки, не считая передачу заднего хода, из задания; порядковый номер рассчитываемой передачи; значение передаточного числа высшей передачи.

.

Аналогично рассчитываем и для других передач. Результаты вычислений заносим в таблицу передаточных чисел.

Таблица 2. Передаточные числа

Передача		1-я	2-я	3-я	4-я	5-я	6-я
Передаточные числа передач		5,441	2,839	1,721	1,223	1	0,794
Передаточные числа трансмиссии		4,2045	3,0125	2,1585	1,5466	1,1081	0,794

4. РАСЧЕТ И ПОСТРОЕНИЕ ТЯГОВОЙ, ДИНАМИЧЕСКОЙ ХАРАКТЕРИСТИК АТС.

Значения динамического фактора определяются для выбранных скоростей АТС на всех передачах по зависимости

где сила сопротивления воздуху рассчитывается по формуле:

где скорость движения АТС при частоте вращения коленчатого вала двигателя на k-й передаче, определяется по формуле:

здесь выбирается из таблицы 1.

, (4.5)

Аналогично рассчитываем для других значений вращающегося момента двигателя и остальных передач. Итоги расчетов сводим в таблицу 3.

Числовые значения возможных ускорений АТС на i-й передаче определяют по зависимости:

м/

гдекоэффициент сопротивления качению колес АТС при i-ом значении скорости

=0,015)=0,015

ускорение свободного падения;коэффициент учета вращающихся масс, определяемый по зависимости для различных передач

(4.8)

Аналогично проводим расчеты для других значений вращающегося момента двигателя и остальных передач. Итоги расчетов сводим в таблицу 3.По данным табл. 3 строим тяговую, динамическую характеристики и график ускорений автомобиля. Так же приводим данные графики в графической части курсового проекта.

Таблица 3. Расчет тяговой, динамической характеристик

Рисунок 2. Тяговая, динамическая характеристики (б, в) и график ускорений (а) проектируемого автомобиля



5. ПОСТРОЕНИЕ МОЩНОСТНОГО БАЛАНСА АТС

При установившемся движении автомобиля по горизонтальному участку дороги подводимая к его колесам мощность расходуется на преодоление сопротивления дороги() и сопротивления воздуха (). Уравнение мощностного баланса автомобиля без прицепа при движении на горизонтальном участке дороги без ускорений имеет вид:

, (5.1)

=2,9+835,044=837,944Вт.

Величина мощности , подводимой к колесам , определяется формулой

=17009,9

где -мощность двигателя при соответствующей частоте вращения коленчатого вала , Вт.

Для определения мощности, затрачиваемой на преодоление сопротивления воздуха, используем ранее примененное выражение и данные

=0,4=2,8976Вт

где -коэффициент обтекаемости;лобовая площадь автомобиля.

Так же используя ранее изученную нами формулу расчитываем мощность, затрачиваемую на качение колеса при движении автомобиля с максимальной скоростью , используя формулу:

, (5.4)

=46148,2

где - вес автомобиля;-коэффициент сопротивления качению при данной скорости движения автомобиля

Аналогично расчитываем значения мощности на других передачах КПП и вносим их в таблицу4. По данным таблицы 4 строим график мощностного баланса, который так же находится в графической части курсового проекта.

Таблица 4. Расчет мощностного баланса АТС

Рисунок 3. Мощностной баланс АТС.

6. ПОСТРОЕНИЕ ГРАФИКОВ ВРЕМЕНИ И ПУТИ РАЗГОНА АТС

График времени и пути разгона АТС строят на основании графика ускорений АТС графоаналитическим методом.

Время и путь разгона АТС определяем до 60 км/ч =16.6 м/с

Время разгона АТС для каждого интервала скоростей определяют по формуле



.

Аналогично время разгона рассчитываем для других интервалов скоростей.

Суммарное время и суммарный путь разгона АТС до скорости V, (i-го интервала) определяют суммированием времени и пути разгона на всех предыдущих интервалах скорости

, (6.3)

Итоги расчетов сводим в таблицу 5.По данным вышеуказанной таблицы строим графики времени и пути разгона автомобиля, которые также приведены в графической части курсового проекта.

Таблица 5.Расчеты для построения графиков времени и пути разгона АТС.



Рисунок 4. График времени и пути разгона автомобиля

7. ПОСТРАЕНИЕ ТОПЛИВНО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ АТС

Расход топлива определяется по формуле

где плотность топлива для дизеля; (из табл. 3);

сила аэродинамического сопротивления движению АТС,;

коэффициент, учитывающий изменение в зависимости от степени использования мощности двигателя И. Коэффициент определяют по формуле



Где для дизельных двигателей

Степень использования мощности двигателя И при движении АТС на k-й передаче определяют как отношение

,

где ==784,5194Н-сила сопротивления дороги ,Н

?=, (7.3)

?=(0,0582-0,017)/4=0,0103,

==0,017,

=+?=0,0273.

Аналогично рассчитываем остальные коэффициенты дорожного сопротивления.

Рассчитав, необходимые данные определяем расход топлива для первого передаточного числа:

=

Далее таким же образом определяем расход топлива для остальных передаточных чисел и заносим получившиеся данные в таблицу 6. По данным таблицы 6 строим график топливно-экономической характеристики автомобиля. Выше указанный график так же содержится в графической части курсового проекта.

Таблица 6. Расчеты для построения топливно-экономической характеристики автомобиля

Рисунок 5. Топливно-экономическая характеристика АТС

8. Анализ полученных результатов и вывод

Параметр	Проектируемый автомобиль	Прототип (Ford Transit )	Аналог (Mercedes-Benz Sprinter)
Полная масса,кг	4600	4600	3190
Грузоподъемность (пассажировместимость),кг(пасс)	23	23	21
Максимальная скорость, км/ч	115	120	150
Тип двигателя	дизельный	дизельный	дизельный
Мощность двигателя (кВт) при частоте вращения коленчатого вала(об/мин)	79 2200	92 3500	80 3800
Крутящий момент двигателя (Н при частоте вращения коленчатого вала(об/мин)	432	350	280
Эффективный расход топлива , г/(кВт	225	225
Количество ступеней КПП	6	6	6
Передаточные числа ступеней КПП 1 2 3 4 5 6	4.2045 3.0125 2.1585 1.5466 1.0181 0.794	5.441 2.839 1.721 1.223 1 0.794	5.076 2.6 1.52 1 0.791 0.675
Передаточное число главной передачи	3,1033	4,1024	4.727
Размер шин	215/75R16	215/75R16	235/65R16
Время разгона до скорости 60 км/ч	3.132	4.92	9.12
Расход топлива, л/100км	7.23	8	8.8

Ford Transit автобус малого класса. Имеет привод на задние колёса. Автобус предназначен для эксплуатации по дорогам со всеми видами покрытия.

В результате тягово-динамического расчёта получили, что максимальная мощность автомобильного двигателя равна которая отличается от прототипа на 13 кВт ; максимальный крутящий момент по расчёту а у прототипа;максимальная скорость V=115км/ч такая же, как и у прототипа =115км/ч . Расход топлива 7,23 л/100 км при факторе сопротивления дороги равном 0,07 и скорости движения 115 км/ч. Разница с проектируемым автомобилем составляет 0,77л/100км (8л/100км), это объясняется погрешностью вычислений . Сравнив полученные характеристики с характеристиками прототипа Ford Transit, были допущены расхождения с прототипом, но они не приводят к значительным ошибкам в расчете тягово-скоростных и топливо-экономических характеристик двигателя, можно сделать вывод, что расчеты были проведены верно.

двигатель скоростной топливный автомобиль



СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1) Расчет тягово-скоростных свойств, топливной экономичности и основных узлов автотранспортных средств : учеб.-метод. пособие к курсовому проекту по дисциплине "Автомобили" [для студ. очного и заочного обчения по спец. 1906.01 "Автомобили и автомобильное хозяйтво" и 1907.02 "Организация и безопасность движения"] / Брагинец В.А., Яркин Е.К., Тамадаев В.Г. - Новочеркасск : ЮРГТУ, 2009

2) Краткий автомобильный справочник. НИИАТ. Венгеров И.А., Дементьев Ю.В., КладкоА.С., Комаров В.В., Рошаль Л.Я. ИПЦ "Финпол" Москва 2002 г.



ПРИЛОЖЕНИЕ

Передаточное число	Ford Transit
1	5.441
2	2.839
3	1.721
4	1.223
5	1
З.Х.	0.794



Варианты планировки салона: городского автобуса Ford Transit(15 посадочных места) пригородного автобуса Ford Transit(18 и 19 посадочных мест)1 вариант



Варианты планировки салона: городского автобуса Ford Transit(15 посадочных места) пригородного автобуса Ford Transit(18 и 19 посадочных мест) 2 вариант

Размещено на Allbest.ur