Внешняя скоростная характеристика двигателя

Исходные данныеТаблица 1 – Двигатель Б 2Число и расположение цилиндровДиаметр цилиндра, ммХод поршня, ммРабочий объем, лСтепень сжатия4 V76661,1967,2Таблица 2 – Внешняя характеристикаЧастота вращения кол.вала, об/мин1400210027003300380041004500Эффективная мощность, кВт8152025.7728.729.428.8Таблица 3 – Нагрузочная характеристика. Часовой расход топлива Gt ,кг/часne\% Ne2040608010015001.21.511.932.383.4422001.642.242.743.735.130002.142.073.724.706.4540002.353.134.045.127.8Таблица 4 – Данные автомобиляАБЛКЖМИДВНСПРГШЛ23 ОМ4х247801080465 675Б2122012200,563,73 2,29 1,39 0,964,63155- 330А – номер по порядку; Б – модель автомобиля (1 группа класса, ОМ – особо малый класс, М – малый класс, С – средний класс); Л – колесная формула; К – число мест в салоне; Ж – масса автомобиля в снаряженном состоянии; М – полная масса автомобиля; И – распределение массы по осям (передняя/задняя); Д – модель двигателя; В – колея (мм); Н – высота габаритная (мм); С – коэффициент обтекаемости; П – передаточные числа коробки передач; Р – передаточные числа раздаточной коробки; Г – передаточное число главной передачи; Ш – размер шин.1. Внешняя скоростная характеристика двигателяЗначение крутящего момента Ме в Н.м по данным внешней характеристики, выраженной через зависимость мощности Ne в кВт от частоты вращения ne в об/мин, определится:Ме=9554∙Nene.Например:Ме=9554∙20,6700=281,16 Н∙м.Аналогично выполним расчеты, приведенные в таблице 5.Таблица 5 – Внешняя скоростная характеристикаne1400210027003300380041004500Ne8152025.7728.729.428.8Me54.5968.2470.7774.6072.1568.5064.14На основе рассчитанных данных построена внешняя скоростная характеристика.Рисунок 1 – Внешняя скоростная характеристика2. Тяговый балансТяговый баланс автомобиля представляет собой объединенные на одном графике тяговую характеристику автомобиля и зависимости сил сопротивления движению от скорости при равномерном движении Тяговая характеристика автомобиля – это зависимость условной силы тяги на колесах в функции скорости движения при работе автомобиля на всех передачах, кроме передачи заднего хода.Условная сила тяги определяется по выражению (для автомобиля с раздаточной коробкой):Рк=Ме∙iкп∙i0∙ηтрrк,Где Рк – условная сила тяги на колесах автомобиля (Н);Ме – крутящий момент двигателя (берется с внешней характеристики двигателя);iкп – передаточное число коробки передач;i0 – передаточное число главной передачи;rк – радиус качения колеса в ведомом режиме;ηтр – к.п.д. трансмиссии.В первом приближении к.п.д. трансмиссии можно определить по формуле:ηтр=0,98z∙0,97к∙0,99n∙0,99m,Где z – число прямозубых зацеплений;k – число косозубых зацеплений;n – число карданных шарниров;m – число редукторов.Статический радиус колеса при отсутствии данных можно рассчитать по формуле:rст=0,5∙d+∆∙b∙λсм,Где λсм – коэффициент радиальной деформации шины (принимаем для диагональных шин 0,85 – 0,9, для радиальных шин 0,8 – 0,85);d – посадочный диаметр шины;в – ширина профиля шины;∆ – отношение высоты шины к ее ширине (указывается в размере низкопрофильных шин).Cкорость автомобиля, соответствующая данному значению условной силы тяги, определяется по формуле:Vа=0,377∙ne∙rkiкп∙i0,Где ne – частота вращения вала двигателя в об/мин, соответствующая выбранному по внешней характеристике значению крутящего момента.Кривые условной силы тяги строятся для всех передач прямого хода в основной коробке передач. При наличии раздаточной коробки кривые условной силы тяги строятся для низшей и высшей передач в раздаточной коробке. При наличии в трансмиссии делителя кривые условной силы тяги строятся для всех значений передаточных чисел в делителе.Из сил сопротивления на график тягового баланса наносится сила сопротивления качению и сила аэродинамического сопротивления (сила сопротивления воздуха).Сила сопротивления качению рассчитывается по выражению:Рf=Ga∙f0∙1+Af∙Va2,Где Ga – полный вес автомобиля (Н);fo – коэффициент сопротивления движению при малой скорости (принимаем для сухого асфальта или асфальтобетона fo= 0,014 для легковых автомобилей и 0,01 для грузовых автомобилей, а также fo= 0,03 для грунтовой дороги для всех автомобилей. Расчет ведем для асфальта или асфальтобетона и для грунтовой дороги);Af – коэффициент влияния скорости. Принимаем Af=;Va– скорость движения автомобиля (км/час).Силу аэродинамического сопротивления рассчитываем по формуле:Рw=cx∙ρv∙F∙Va22∙3,62,Где сx – коэффициент аэродинамического сопротивления (берется из данных по автомобилю);ρv – плотность воздуха (принимаем в расчетах =1,24 кг/);F – площадь поперечной проекции автомобиля.В первом приближении рассчитываем значение F по выражению:F=B∙H,Где В – колея автомобиля;Н – габаритная высота автомобиля.Например, для n=1000 об/мин, 1 передача.ηтр=0,980∙0,972∙0,992∙0,990=0,92rст=0,285 (по приложению)Рк=54,59∙3,73∙4,63∙0,920,285= 3043,3 НVа=0,377∙1000∙0,2853,73∙4,63=6,75 км/чРf=15200∙0,014∙1+5∙10-5∙6,752=213,29 НF=1,27∙1,525=1,94 м2Рw=0,56∙1,24∙1,94∙6,7522∙3,62=2,03На график тяговой характеристики наносятся линии максимальных значений силы тяги по условию сцепления ведущих колес с дорогой для коэффициентов сцепления =0,6; =0,4; =0,2:P1=mсц∙g∙φ=8300∙0,6=4980 НP2=mсц∙g∙φ=8300∙0,4=3320 НP3=mсц∙g∙φ=8300∙0,2=1660 Н3. Динамический баланс автомобиляНа графике динамического баланса изображается динамическая характеристика автомобиля и зависимость коэффициента сопротивления качению от скорости.Динамическая характеристика автомобиля – это зависимость динамического фактора автомобиля от скорости при движении автомобиля на всех передачах переднего хода.Динамический фактор определяется по выражению:D=Pk-PwGa+GпНапример:D=3043,3-2,2915200=0,2Максимальный подъем:tgαmax=Dmax-f=0,34-0,014=0,326αmax=18,060Рисунок 2 – Тяговая характеристикаРисунок 3 – Динамическая характеристика4. Характеристика ускорений автомобиля.Характеристика ускорений автомобиля представляет собой зависимость ускорений, которые может развить автомобиль при движении на всех передачах переднего хода при полной подаче топлива в двигатель, от скорости движения автомобиля. Ускорения рассчитываются только для случая разгона на асфальтовом или асфальтобетонном шоссе.Ускорения рассчитывают по выражению:ja=dVdt=(D-f)∙gδiгде ja – ускорение автомобиля (м/с2);G – ускорение свободного падения (9,8м/с2);δi – коэффициент учета инерции вращающихся масс, рассчитывается по выражению:δi=1+σ1∙iкп2+σ2где σ1 коэффициент учета инерции вращающихся масс двигателя, рассчитывается по выражению:δ1=Je∙i02∙ηтр∙gGa∙rk2где Je – приведенный момент инерции вращающихся деталей двигателя (кг.м2).σ2 коэффициент учета инерции колес, рассчитывается по формуле:σ2=Jk∙gGa∙rk2Jk – момент инерции одного колеса (диск с шиной в сборе)(кг.м2).Тогда:σ2=4∙0,716∙1015250∙0,2852=0,02δ1=0,154∙4,632∙0,92∙1015200∙0,2852=0,02Рассчитаем для различных передач:δкп1=1+0,02∙3,732+0,02=1,29δкп2=1+0,02∙2,292+0,02=1,12δкп3=1+0,02∙1,392+0,02=1,05δкп4=1+0,02∙0.962+0,02=1,03ja=0,26-0,014∙101,29=1,92м/с2Результаты расчетов приведены в таблице 6.Таблица 6 – Результаты расчетовЧастота вращения кол.вала, об/мин14002100270033003800410045001 передачаδi1,29ja1,932,742,882,922,892,702,401/ja0,520,370,350,340,350,370,422 передачаδi1,12ja1,241,821,911,921,891,741,511/ja0,810,550,520,520,530,580,663 передачаδi1,05ja0,791,231,261,241,181,030,821/ja1,260,820,790,810,850,971,224 передачаδi1,03ja0,560,900,900,840,730,550,321/ja1,791,111,111,201,361,813,165 передачаδi1,03ja0,510,830,810,740,620,430,171/ja1,971,211,231,361,622,355,73Рисунок 4 – График ускоренийТаблица 7 – Результаты расчетов1 передача v6,7712,1817,5923,0128,4233,8339,24 tсумSсумj1,932,742,882,922,892,702,40   t1,940,640,530,520,520,540,59   S6,580,420,420,420,420,420,42 5,299,082 передача v11,5820,8430,1039,3648,6257,8867,14   j1,241,821,911,921,891,741,51   t5,191,681,381,341,351,421,59   S30,040,710,710,710,710,710,71 19,2343,423 передача v17,7631,9646,1660,3774,5788,78102,98   j0,791,231,261,241,181,030,82   t12,433,913,173,153,273,584,28   S110,371,101,101,101,101,101,10 53,03160,364 передача v23,6142,5161,4080,2999,18118,07136,96   j0,560,900,900,840,730,550,32   t23,437,195,846,056,698,1612,07   S276,691,461,461,461,461,461,46 122,45445,80Рисунок 5 – График обратных ускоренийРисунок 6.1 – График разгонаРисунок 6.2 – График разгона5. Мощностной баланс автомобиляМощностная характеристика автомобиля представляет собой зависимость мощности на ведущих колесах автомобиля от скорости движения автомобиля.Мощность на ведущих колесах представляет собой мощность двигателя, определенную по внешней характеристике двигателя, подведенную к ведущим колесам с учетом потерь в трансмиссии:Таблица 8 – Результаты расчетовЧастота вращения кол.вала, об/мин1400210027003300380041004500Эффективная мощность, кВт8152025.7728.729.428.8Крутящий момент54.5968.2470.7774.6072.1568.5064.14ηтр0,92rст0,285Ga15200,00f00,014Af0,000050cx0,56ρ1,24F1,94Главная передача4,63Передаточное число раздаточной коробки11 передачаПередаточное число коробки передач3,73Pk3917,925251,095537,825617,655573,705220,624660,97Va6,7712,1817,5923,0128,4233,8339,24Pf213,29214,38216,09218,43221,39224,98229,19Pw2,046,6113,7923,5835,9850,9968,61D0,260,350,360,370,360,340,30N7363,8017765,1627061,9635898,5243998,7049061,3150810,21Nf+w404,71747,631123,371546,522031,672593,423246,342 передачаПередаточное число коробки передач2,29Pk2290,133069,413237,013283,643257,983051,602724,46Va11,5820,8430,1039,3648,6257,8867,14Pf214,23217,42222,44229,28237,95248,44260,76Pw5,9719,3440,3569,00105,30149,23200,81D0,150,200,210,210,210,190,17N7363,8017765,1627061,9635898,5243998,7049061,3150810,21Nf+w708,031350,322196,973261,024635,526393,518608,033 передачаПередаточное число коробки передач1,39Pk1493,072001,132110,402140,802124,081989,521776,24Va17,7631,9646,1660,3774,5788,78102,98Pf216,15223,67235,47251,57271,97296,65325,64Pw14,0445,5094,93162,34247,73351,09472,42D0,100,130,130,130,120,110,09N7363,8017765,1627061,9635898,5243998,7049061,3150810,21Nf+w1135,332389,564236,876940,8610765,1215973,2522828,834 передачаПередаточное число коробки передач0,96Pk1122,611504,611586,771610,651597,051495,881335,52Va23,6142,5161,4080,2999,18118,07136,96Pf218,73232,02252,91281,39317,46361,13412,39Pw24,8480,49167,93287,17438,21621,04835,67D0,070,090,090,090,080,060,03N7363,8017765,1627061,9635898,5243998,7049061,3150810,21Nf+w1597,733689,857177,2912680,1720818,6532212,8547482,92Рисунок 7 – Мощностной баланс6. Нагрузочная характеристика. Топливно-экономическая характеристика автомобиляНа основе исходных данных была построена нагрузочная характеристика.Рисунок 8 – Нагрузочная характеристикаПутевой расход топлива:Таблица 10 – Результаты расчетов 1 передачаVa9,4717,5923,0128,42Nf+w0,571,121,552,03ne/Ne3,823,823,974,25Gт2,003,253,965,00Qs28,9225,3123,5824,102 передачаVa16,2130,1039,3648,62Nf+w1,022,203,264,64ne/Ne6,827,478,369,70Gт2,003,253,965,00Qs16,9114,7913,7814,093 передачаVa24,8646,1660,3774,57Nf+w1,704,246,9410,77ne/Ne11,3714,4117,8022,52Gт2,003,253,965,20Qs11,029,648,999,554 передачаVa33,0661,4080,2999,18Nf+w2,517,1812,6820,82ne/Ne16,7224,4132,5143,55Gт2,003,404,508,00Qs8,297,597,6811,05Рисунок 9 – График экономической характеристики7. Сводная таблицаТаблица 9 – Результаты расчетовПоказателиОбозначениеВеличина показателя расчетнаяМаксимальная скоростьVmax135Максимальное тяговое усилие на ведущих колесах без ограничения по сцеплениюPkmax5617,65Максимальное тяговое усилие на ведущих колесах с ограничением по сцеплениюPkφ4980 (φ=0,6)Максимальная сила тяги на высшей передачеРквысш1610,65Максимальный динамический фактор автомобиляDmax0,36Максимальный динамический фактор на высшей передачеDвысш0,09Скорость на высшей передаче при движении с DвысшVDвысш23,01Максимальное ускорение автомобиляjmax2,29Максимальное ускорение на высшей передачеjвысш0,90Время прохождения пути в 400 мt40040 сСкорость при разгоне на пути в 400 мV40080 км/чМаксимальный преодолеваемый подъем в градусахamax180,60Максимальный преодолеваемый подъем в процентахimax32,6 %Расход топлива при движении со скоростью 90 км/чQs908,2 л/100 км