Теоретическая оценка возможности работы автомобиля в заданных условиях эксплуатации

Содержание

1. Исходные данные

Краткая техническая характеристика АТС. Принятые значения коэффициентов

2. Расчет и построение внешней скоростной характеристики двигателя. Оценка приспособляемости ДВС

3. Расчёт КПД и передаточных чисел трансмиссии. Кинематическая схема трансмиссии автомобиля. Расчёт КПД и передаточных чисел

4. Расчёт показателей тяговой характеристики АТС

5. Расчёт и построение динамического паспорта

6. Расчёт и построение мощностной характеристики. Установившееся движение АТС. Анализ энергозатрат для общего случая движения

Литература

Приложение 1

Приложение 2

Приложение 3

Приложение 4

1. Исходные данные для расчетов

Таблица 1.1

Краткая техническая характеристика АТС.

Таблица 1.2

Принятые значения коэффициентов.

*В примечании указать, откуда взята принятая величина коэффициента (ссылка на литературу).

2. Расчет и построение внешней скоростной характеристики двигателя. Оценка приспособляемости ДВС

Эффективные показатели поршневых двигателей внутреннего сгорания расчетным путем можно определить с использованием приведенных ниже аналитических зависимостей. Эти расчеты, выполненные в предложении полной подачи топлива, дают показатели, которые являются предельно возможными для рассчитываемого двигателя, т.е. они характеризуют, что максимально можно “выжать” из этого источника энергии. График, построенный по этим данным в зависимости от частоты вращения коленчатого вала, называется внешней скоростной характеристикой ДВС.

Расчетные формулы:

-эффективная мощность двигателя для интересующего режима работы, кВт;

, кВт,

где

- для карбюраторного 4-х цилиндрового двигателя;

, кВт(2.1)

-эффективный крутящий момент на коленчатом валу, H*м;

, Нм(2.2)

-эффективный удельный расход топлива, г/кВт*ч;

, (2.3)

где

- для карбюраторных двигателей

-часовой расход топлива,кг/ч.

Q_ч=g_еN_е10^-3(2.4)

В формулах (2.1)-(2.3) :

N_H=N_emax – номинальная(максимальная) мощность двигателя;

λ_д=ω_д/ω_H – коэффициент, характеризующий скоростной режим работы ДВС:

ω_д- текущая(интересующая) частота вращения коленчатого вала, с^-1;

λ_д=λ_H=1 – номинальный режим работы двигателя (с максимальной мощностью);

λ_д<1 – работа двигателя с нагрузкой выше номинала (с перегрузкой);

λ_д>1 – работа двигателя с недогрузкой;

a,b,c – коэффициенты, выбираемые с учетом типа двигателя при расчете N_e(см. приложение 2);

a_T,b_T,c_T- то же для расчета g_e. (см. Приложение 2).

Для табл.2 недостающие параметры определяют и принимают:

- текущее значение частоты, где

- коэффициент, характеризующий степень использования оборотов двигателя;

- номинальное значение частоты, ;

;

l_мах=1.20...1.25 – для ЛА с карбюраторным двигателем;

l_мах=1.10...1.15 - для ГА с карбюраторным двигателем;

l_мах=1.07...1.08 – для АТС с дизельным двигателем.

*Здесь и далее по всем формулам следует привести хотя бы один вариант расчёта в цифрах.

Коэффициенты приспособляемости ДВС.

Чтобы оценить, какие перегрузки способен преодолеть двигатель, необходимо определить коэффициенты приспособляемости, которые рассчитываются по формулам:

K_м=М_емах/М_н = 142,72/114,18=1,25 (2.5)

– коэффициент приспособляемости по нагрузке;

K_w=w_н/w_м = 481,71/240,86=1,99 (2.6)

- коэффициент приспособляемости по частоте вращения,

где М_емах –максимальный крутящий момент двигателя (из табл. 2);

w_м – частота вращения коленчатого вала при М_емах.

Данные расчёта см. табл. 2

Графическая зависимость - рис.1.

Таблица 2.

Расчет выходных данных ДВС.

* Для дизелей N_е рассчитывают по формуле 2.1 до l_д=1

Внешняя скоростная характеристика двигателя

Рис. 1.

3. Расчет КПД и передаточных чисел трансмиссии

3.1 Кинематическая схема трансмиссии автомобиля

Рис. 2.

3.2 Расчет КПД и передаточных чисел

Расчетные формулы (см. 3.1 и 3.2):

Коэффициент полезного действия (КПД) механической ступенчатой трансмиссии АТС можно определить по формуле:

(3.1)

где, кроме обозначенных в табл. 1.2:

КПД цилиндрической пары

КПД конической пары

- число работающих ( передающих крутящий момент) пар шестерен с цилиндрическими зубчатыми колесами при включении рассматриваемой передачи;

-количество конических пар шестерен;

-количество карданных шарниров.

Определяя количество элементов трансмиссии, необходимо учитывать степень их нагружения. Если элемент имеет 100% нагружение, то =1.

Если поток мощности разветвляется, то на участках с 50% нагружением два элемента считают за один (=0.5), т.п.

Передаточное число трансмиссии находят по формуле:

== (3.2)

где - частота вращения ведущих колес;

передаточное число коробки передач;

передаточное число главной передачи

-передаточное число дополнительных устройств, позволяющих изменить общее передаточное число трансмиссии, например – раздаточная коробка, колесный редуктор и др.

U_тр1=3,455·4,111=14,204

U_тр2=1,789·4,111=7,355

U_тр3=1,065·4,111=4,378

U_тр4=0,703·4,111=2,890

Расчётные данные по пункту 3 представлены в табл.3.

Таблица 3

Расчет КПД и передаточных чисел.

4. Расчет и построение тяговой характеристики АТС (для установившегося движения по горизонтальной местности)

Линейная скорость движения автомобиля, м/с:

м/с(4.1)

где – скорость движения АТС, км/ч.

Тяговая сила на ведущих колесах (касательная сила тяги), Н:

(4.2)

Сила сопротивления воздуха, Н:

, (4.3)

где –коэффициент обтекаемости; – плотность воздуха, кг/м³;

площадь лобовой поверхности, :

=- для легковых автомобилей; (4.4)

где -ширина колеи.

P_w=0,5·0,31·1,29·0,78·1,816·1,42·2,396²=2,309H

Сила сопротивления качению колес, Н:

,

где для радиальных шин (4.6)

f₀ =f_т

f_т=0,03

f_v=0,03·(1+(0,0216·2,396)²)=0,03008

P_f=0,03008·1300·9,81=383,61Н

Сила тяги по сцеплению (сила сцепления ведущих колес с дорогой) в продольном направлении, Н:

(4.8)

P_kφ=0,4·690·9,81=2707,56 Н

где коэффициент сцепления колес с дорогой;

сила, прижимающая ведущие колеса к дороге (G_cц=R_zведущая), Н;

m_i– масса, приходящаяся на ведущую ось, кг;

m_i= m₁ – для переднеприводных АТС;

P_kφ(o)=φ_x×m_o1×g- сцепная сила ведущих колёс порожнего автомобиля.

P_kφ(o)=0,4×590×9,81=2315,16 Н

Данные расчетов см. табл. 4, график - рис. 3.

Расчет показателей тяговой характеристики.

Таблица 4.

Продолжение таблицы 4.

*Расчеты выполнить для =1.

Тяговая характеристика автомобиля

Audi 100 Avant

(V=const, i=tgα=0)

Рис. 3.

Схема внешних сил действующих на АТС

при ________________________________ (по указанию преподавателя)

5. Расчет и построение динамического паспорта АТС

Динамический фактор автомобиля (коэф. динамичности по тяге):

,(5.1)

где : P_к и P_Wиз табл.4.

Расчеты сведены в табл. 5.

Динамический фактор по сцеплению

==0,4·0,531=0,2124(5.2)

где -коэффициент нагрузки ведущих колес:

=-для АТС классической схемы;

Масштаб шкалы следует выбрать из соотношения:

=(5.3)

где -цена деления шкалы D, мм;

-цена деления шкалы D₀, мм;

-снаряженная масса, кг;

-полная масса, кг.

Коэффициент сопротивления качению с учетом влияния скорости движения АТС -см. табл 4, динамический паспорт- рис. 5.

Таблица 5.

Расчет показателей динамического паспорта.

Динамический паспорт.

Рис. 5

6. Расчет и построение мощностной характеристики автомобиля

6.1 Установившееся движение АТС

Расчетные формулы:

Мощность, подведенная к ведущим колесам с ипользованием возможностей двигателя и трансмиссии, кВт:

N_к=N_е-N_тр=N_е·η_тр=19,965·0,913=18,23(6.1)

где: N_е – (см. табл. 2)

Мощность, теряемая на преодоление внешних сопротивлений при установившемся движении на горизонтальном участке дороги, соответственно, кВт:

(6.2)

(6.3)

где: P_f, P_w и v – (см. табл. 4)

Результаты расчетов см. табл.6.1. и 6.2., график – рис. 6.

Таблица 6.1

Расчет показателей мощностной характеристики автомобиля

Таблица 6.2

Расчет потерь мощности на преодоление внешних сопротивлений

Мощностная характеристика автомобиля

(V=const, i=0)

6.2 Анализ энергозатрат для общего случая движения

Уравнение мощностного баланса АТС для общего случая движения:

N_e=N_тр+N_f+N_w±N_α±N_j+N_пр=(6.2.1)

В частности:

, кВт-мощность, необходимая для преодоления подъёма; (6.2.2)

Где -продольный уклон дороги.

, кВт-затраты энергии на ускорение;

где -коэфициент учёта вращающихся масс; (6.2.3)

-передаточное число коробки.

При расчётах можно принять:

-для ведомых колёс;

-для ведущих колёс.

Возможные значения и , которое способно преодолеть АТС в разных случаях движения на рассматриваемой дороге, легко можно оценить, используя динамический паспорт:

, при V=const и Д<Д_φ;

, при i=0 (движение по равнине),

Где g=9.81 м/с²

Расчётные данные и графические зависимости по произведённому анализу см.табл.6.3, рис 12

Таблица 6.3

Анализ P_α и N_α

Таблица 6.4

Анализ P_j и N_j

Литература

1. Краткий автомобильный справочник. М., Трансконсалтинг, 1994 или др. издания.

2. Руководство по устройству и эксплуатации автомобиля

3. Литвинов А.С., Фаробин Я.Е. Автомобиль. Теория эксплуатационных свойств. М., Машиностроение, 1989.

4. Конотилов В.И. Автомобили, теоретические основы. Тюмень, ТюмГНТУ, 1999.

5. Иларионов В.А. Экспертиза дорожно-транспортных происшествий. М., Транспорт, 1989

6. ГОСТ Р51709-2001. Автотранспортные средства, требования безопасности к техническому состоянию и методы проверки. М., Госстандарт России, 2001.

7. Конспект лекций по дисциплине «Теория АТС» и методические указания.

Приложение 1

Где взять указанные данные [1]*

Приложение 2

Таблица 2.1

Примерные значения коэффициентов a,b,c.

Таблица 2.2

Примерные значения коэффициентов a_т,b_т,c_т.

Таблица 2.3

Примерное значение удельного расхода топлива у современных ДВС.

Можно также принять:

g_e/Nн=g_emin(1.05...1.10)

Приложение 3

Примерные значения коэффициентов для расчета КПД трансмиссии

Приложение 4

Таблица 4.1

Коэффициенты сопротивления качению АТС

Приложение 4 (продолжение)

Таблица 4.2

Коэффициенты сцепления колес с дорогой

Таблица 4.3

Коэффициенты сцепления для шин, имеющих рисунок протектора повышенной проходимости

Таблица 4.4

Примерные значения коэффициента сопротивления воздуха АТС. Н^.с²/м⁴

Таблица 4.5

Коэффициенты обтекаемости некоторых автомобилей.