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

Параметры	Передача	Значения при оборотах
		520	1040	1300	1560	1820	2080	2600
Ме, Нм	1	658,2888	703,658	709,327	703,688	686,66	658,288	567,49
Vi, км/ч	1	5,0036	10,007	12,509	15,0109	17,513	20,014	25,018
	2	7,21	14,42	18,027	21,633	25,238	28,84	36,054
	3	10,39	20,78	25,98	31,17	36,37	41,567	51,959
	4	14,976	29,952	37,44	44,928	52,416	59,904	74,88
Pki, Н	1	22281,23	23817,87	24009,95	23817,87	23241,64	22281,24
	2	15640,94	16527,21	16660,5	16527,22	16127,37	15460,95
	3	10728,35	11468,23	11560,72	11468,23	11190,77	10728,35
	4	7751,35	8285,93	8352,75	8285,93	8085,92	7751,35
Pш,	1	3,844	15,379	24,0,3	34,6	47,098	61,51
	2	7,985	31,94	49,9	71,86	97,81	127,76
	3	16,58	66,33	103,65	149,25	203,15	265,34
	4	34,44	137,76	215,26	309,97	421,91	551,07
Di	1	0,285	0,305	0,307	0,304	0,297	0,284
	2	0,198	0,211	0,212	0,210	0,205	0,196
	3	0,137	0,146	0,146	0,145	0,140	0,134
	4	0,098	0,104	0,104	0,102	0,098	0,092

Таблица 2 - Результаты расчета внешней скоростной характеристики двигателя

x	0,2	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	1	дy
ne, об/мин	520	1040	1300	1560	1820	2080	2600	(nн)
Nе, кВт	35,844	76,632	96,56	114,948	130,86	143,376	154,50	(Nен)
Me, Нм	658,288	703,68	709,363	703,6881	6886,66	658,288	567,4904
Ge, г/кВтч	361,2	324,8	315	310,8	312,2	319,2	350
Gm, кг/ч	12,947	24,89	30,42	35,72	40,85	45,76	54,075

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

1 передача	1	10,146
2 передача	2	5,684
3 передача	3	3,185
4 передача	4	1,7847
	5	1

1 передача	2	0,86436
2 передача	2	0,84707
3 передача	2	0,864
4 передача	1	0,882
	0	0,9

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

	n, об/ мин	V, км/ч	Pw, Н	Ne, кВТ	Neвн, кВТ	n/nк	Nе/ Nевн	Кn	КN	ge, г/кВТ	Q, л/100км
Ф1	640	14,98	34,44	17,83	15,38	0,20	0,48	1,10	1,23	472,50	32,29
	1280	29,95	137,77	39,18	32,88	0,40	0,48	1,00	1,23	430,69	31,34
	1600	37,44	215,26	49,91	41,43	0,50	0,50	0,97	1,20	405,63	30,87
	1920	44,93	309,98	59,99	49,32	0,60	0,53	0,95	1,14	379,71	30,43
	2240	52,42	421,92	68,93	56,15	0,70	0,57	0,94	1,07	353,99	30,07
	2560	59,90	551,07	76,20	61,52	0,8	0,63	0,95	0,99	330,32	29,89
	2600	74,88	861,05	84,60	66,29	1	0,84	1,00	0,90	315,66	32,76
Ф2	640	7,84	9,43	3,80	15,38	0,20	0,25	1,10	1,84	708,04	47,63
	1280	15,68	37,74	7,73	32,88	0,40	0,24	1,00	1,88	657,24	45,01
	1600	19,59	58,96	9,79	41,43	0,50	0,24	0,97	1,87	635,23	44,08
	1920	23,51	84,91	11,94	49,32	0,60	0,24	0,95	1,85	616,50	43,47
	2240	27,43	115,57	14,19	56,15	0,70	0,25	0,94	1,82	600,81	43,15
	2560	31,35	150,94	16,55	61,52	0,8	0,27	0,95	1,77	587,13	43,06
	2600	39,19	235,85	21,72	66,29	1	0,33	1,00	1,59	556,45	42,83
Ф3	640	14,98	34,44	10,97	15,38	0,20	0,71	1,10	0,93	357,76	36,41
	1280	29,95	137,77	22,90	32,88	0,40	0,70	1,00	0,94	328,92	34,93
	1600	37,44	215,26	29,52	41,43	0,50	0,71	0,97	0,93	315,12	34,51
	1920	44,93	309,98	36,74	49,32	0,60	0,74	0,95	0,91	303,64	34,49
	2240	52,42	421,92	44,68	56,15	0,70	0,80	0,94	0,90	297,34	35,20
	2560	59,90	551,07	53,45	61,52	0,8	0,87	0,95	0,91	301,87	37,41
	2600	74,88	861,05	73,97	66,29	1	1,12	1,00	1,16	407,68	55,94

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.