ОПП 2-37 01 02 13 2.3 Тягово-динамический расчет 3 страница

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

2.5 Динамическая характеристика автомобиля

Графическая зависимость динамического фактора D от скорости движения автомобиля V_а называется динамической характеристикой. Динамический фактор – это отношение свободной силы тяги к весу автомобиля G_а:

, (40)

где F_в – сила сопротивления воздуха, Н:

, (41)

где – коэффициент сопротивления воздуха;

– площадь лобового сопротивления;

;

– скорость автомобиля приведена в таблице 14;

Результаты расчётов по формуле (41), а затем и по формуле (40) заносим в таблицу 14 и строим график динамической характеристики, по которому определяем:

1) D_max – максимальный динамический фактор на низшей передаче и соответствующую ему скорость V_D;

2) V_кр – критическая скорость движения на высшей передаче – скорость, при превышении которой движение автомобиля на данной передаче будет устойчивым;

3) Динамический фактор при максимальной скорости D_V.

На графике динамической характеристики проводим линии, соответствующие динамическому фактору при движении по мокрому и сухому асфальту.

(42)

где – сцепной вес автомобиля;

=11968,2 Н;

– мокрый асфальт;

– сухой чистый асфальт;

=9,81·1905=18688,05 Н;

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Используя график динамической характеристики, определим максимальный преодолеваемый автомобилем подъём :

если , то (43)

,

-максимальный преодолеваемый подъем по сцеплению шин с дорогой:

i_φ =tgα = , (44)

где φ=0,8;

r_к ─ радиус качения колеса, r_к =0,325 м;

L ─ база автомобиля, L=2,7 м;

h_g ─ высота центра тяжести автомобиля,

из условия h_g ≥ 1,48 · r_к, принимаем h_g= 0,48 м;

f_o - коэффициент сопротивления качению колеса, = 0,01;

b – расстояние от центра тяжести до задней оси

i_φ =tgα =

i_φ =arctg 1,837 = 61,4%

Рассчитав i_двс и i_φ определяем максимальный преодолеваемый подъем:

т.к i_двс< i_φ,то i_мax=i_двс=0,453=45,3%

Определённый не должен быть меньше значения:

- для легковых автомобилей:

= 35%

Используя тяговую и динамические характеристики, определим для одиночных автомобилей массу возможного буксируемого прицепа m_n:

mn= (45)

где FT_max - максимальное значение тяговой силы на низшей передаче, Н

g – ускорение свободного падения, g = 9,81, м/с²

f_v - коэффициент сопротивления качению колеса

m_a – полная масса автомобиля

mn= =2756,7 кг

2.6 Ускорения и максимальная скорость автомобиля

2.6.1 Расчет ускорений автомобиля

Уравнение тягового баланса можно представить в безразмерном виде:

(46)

где Ψ – коэффициент сопротивления дороги;

δ – коэффициент учета вращающихся масс автомобиля;

g = 9,81, м/с² – ускорение свободного падения.

Тогда ускорение а_х автомобиля определим по зависимости:

(47)

где

δ_i = 1 + σ₁ + σ₂ ·U²_КПi (48)

где ;

;

U – передаточное число;

– номер передачи;

– динамический фактор, значения приведены в таблице 14;

, (49)

где – коэффициент сопротивления качению колеса;

(50)

где – коэффициент сопротивления качению колеса на малой скорости;

;

– скорость автомобиля приведена в таблице 14;

– величина уклона, а так как разгон осуществляется на горизонтальной дороге без уклона, то , т.е. в данном случае .

Тогда силу сопротивления дороги движению автомобиля определим по формуле:

. (51)

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Результаты расчётов по формулам (50), (46), а затем и по формулам (51) и (47) заносим в таблицу 14 и строим график ускорений автомобиля на всех передачах в зависимости от скорости движения автомобиля.

По графику ускорений автомобиля а_х = f (V_a) определим момент переключения передач, т.е. скорости, при которых происходит переход на следующую передачу в КП, из условий получения наиболее интенсивного разгона - получения наибольших ускорений: переключение происходит при скорости, соответствующей точке пересечения кривых а_х = f (V_a) на двух смежных передачах или, если кривые а_х не пересеклись, по достижению

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

максимальной скорости на более низкой передаче. Найденные моменты переключения передач - скорости - сводятся в таблицу 13.

Таблица 13 – Моменты переключения передач при интенсивном разгоне проектируемого автомобиля.

Переключение	Скорость, км/ч
с 1-ой на 2-ую
со 2-ой на 3-ую
с 3-ей на 4-ую
с 4-ой на 5-ую
с 5-ой на 6 -ую

2.6.2 Определение максимальной скорости автомобиля

Максимальную скорость V_amax, развиваемую проектируемым автомобилем на горизонтальной дороге, определим как по тяговой характеристике, так и по динамической. Допускается небольшое несовпадение максимальных скоростей, определенным по двум разным характеристикам; большое несовпадение (более 4%) говорит о погрешности в ходе проведения тягового расчета.

Используя данные таблицы 14, на графике тяговой характеристики, строим кривую, соответствующую суммарной силе сопротивления движению автомобиля, т.е. сила сопротивления дороги F_ψ плюс сила сопротивления воздуха F_B; точка пересечения данной кривой (F_ψ + F_B) и кривой, соответствующей полной окружной силе F_Т на высшей передаче, позволяет определить максимальную скорость V_amax на дороге без уклона: опустив линию на горизонтальную ось (i = 0), по которой отложена скорость V_a автомобиля. Если кривые F_ψ + F_B и F_Т на высшей передаче не пересеклись, то V_amax соответствует максимальной скорости по кривой F_Т на высшей передаче. Такая V_amax называется максимальной кинематической скоростью, определяемой передаточными числами трансмиссии и максимальной частотой вращения коленчатого вала двигателя. Запас тяговой силы F_Т в данном случае (кривые F_ψ + F_B и F_Т не пересеклись) может быть использован для достижения V_amax при движении автомобиля на подъеме.

Аналогично определяется V_amax по динамической характеристике: используя данные таблицы 14 на графике динамической характеристики, строится для высшей передачи кривая ψ = f_V (i = 0) – безразмерного фактора сопротивления движению автомобиля. Точка пересечения кривой ψ и кривой динамического фактора D (движущего фактора) определяет V_amax, если кривые не пересеклись, то V_amax (кинематическая) соответствует максимуму скорости по кривой D на высшей передаче.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Максимально возможные скорости движения автомобиля, определенные по тяговой и динамической характеристикам, должны быть равны между собой, и соответствовать той максимальной скорости V_amax, которая была определена в техническом задании на проектирование.

Результаты расчетов заносим в таблицу 15.

Таблица 15 - Максимальная скорость автомобиля V_amax

Условия определения	Vamax, км/ч	Погрешность, %
Тяговая характеристика
Динамическая характеристика
Мощностной баланс
Техническое задание		-

При движении автомобиля на подъем с уклоном дороги i, максимальную скорость определяют по динамической характеристике в данных дорожных условиях следующим образом: величину уклона i складывают с коэффициентом сопротивления качению колес f_V и ищут точку пересечения кривой i+f_V с кривой D – полученная точка позволяет определить: какую максимальную скорость развивает проектируемый автомобиль и на какой передаче в КП.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

2.7 Мощностной баланс автомобиля

Расчет мощностного баланса проведем на высшей передаче. Уравнение мощностного баланса имеет вид:

Р_к = Р_в + Р_ψ + Р_и, кВт, (52)

где Р_к – мощность, подведенная к ведущим колесам;

Р_ψ – мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления дороги;

Р_и – мощность, которая может быть затрачена на разгон автомобиля;

Р_в – мощность, затрачиваемая на преодоление силы сопротивления воздуха.

Составляющие уравнения мощностного баланса определяются по следующим зависимо­стям:

Р_к = Р_е · η_Т, кВт (53)

где Р_e – эффективная мощность двигателя, кВт;

η_Т – КПД трансмиссии.

Р_В = F_B · V_a, кВт (54)

где F_B –сила сопротивления воздуха, для высшей передачи, Н (кН);

V_а – скорость автомобиля для высшей передачи, м/с.

Р_ψ = F_ψ · V_a, кВт (55)

где F_ψ – сила сопротивления дороги, Н (кН);

V_а – скорость автомобиля для высшей передачи, м/с.

Результаты расчетов по формулам заносим в таблицу 16, по данным которой строим график мощностного баланса на высшей передаче и определяем максимальную скорость V_amaх, которую проектируемый автомобиль может развить по данному графику.

V_amaх по графику мощностного баланса определяется точкой пересечения кривой (Р_к – Р_в) - движущего фактора - с кривой Р_ψ - фактора сопротивления движению; если дан­ные кривые не пересеклись, то V_amaх соответствует максимуму скорости по кривой (Р_к – Р_в).

Таблица 16 – Мощностной баланс на высшей передаче

ne,	nemin	ne	ne	ne	ne	ne	ne	ne	nemax
об/мин
Va,м/с	7,59	14,24	20,88	27,52	34,17	39,86	46,51	53,15	56,95
Va,км/ч	27,34	51,25	75,17	99,09	123,01	143,51	167,43	191,35	205,01
Рe,	15,73	29,49	43,25	57,02	70,78	82,58	96,34	110,10	117,96
РК,	14,31	26,84	39,36	51,88	64,41	75,14	87,67	100,19	107,35
РВ,	0,16	1,05	3,30	7,56	14,47	22,98	36,48	54,46	66,98
Рy,	1,46	2,84	4,57	6,78	9,60	12,63	17,00	22,42	26,04
Р y + РВ,	1,62	3,88	7,87	14,34	24,07	35,61	53,49	76,88	93,03

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

2.8 Топливная экономичность

Построим топливную характеристику установившегося движения - зависимость путевого расхода топлива Q_S от скорости движения V_a и определим эксплуатационный расход топлива проектируемого автомобиля.

Путевой расход будет определяться по зависимости:

л/100 км (56)

где g_eр – средний удельный эффективный расход топлива при максимальной мощности двигате­ля, г/кВтч;

К_И – коэффициент использования мощности двигателя;

К_Е – коэффициент использования частоты вращения коленчатого вала двигателя;

Р_ψ – мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления дороги, кВт;

Р_в – мощность, затрачиваемая на преодоление силы сопротивления воздуха, кВт;

ρ_т – плотность топлива, кг/м³: для бензина ρ_г = 730 - 750 кг/м³, для дизельного топлива ρ_г= 830...840 кг/м³;

V_а – скорость автомобиля для высшей передачи, м/с;

η_Т – КПД трансмиссии.

g_eр = (1,05…1,10)·g_emin, (57)

где g_emin – минимальный удельный расход топлива, г/(кВт·ч):

- для дизельных ДВС g_emin = 180...240 г/(кВт·ч);

g_eр =1,05·180=189 г/(кВт·ч);

Коэффициенты К_И и К_Е определим по эмпирическим зависимостям:

- для дизельных двигателей

К_И = 1,2 + 0,14·U - 1,8·U² + 1,46·U³; (58)

где

(59)

К_Е = 1,25 – 0,99·Е + 0,98·Е² – 0,24·Е³; (60)

где (61)

где n_e, V_a – текущая соответственно частота вращения коленчатого вала и скорость автомобиля;

n_р, V_aр – соответственно частота вращения коленчатого вала и скорость автомобиля при максимальной мощности двигателя.

Результаты вычислений по формулам зано­сим в таблицу 17; после этого рассчитываем путевой расход Q_S, и строим топливную характеристику Q_S = f(V_a) проектируемого автомобиля, по которой опреде­ляем:

1) Расход топлива при характерной скорости:

- для легковых автомобилей - 120 км/ч и 90 км/ч, Q₁₂₀=5,9 л/100км, Q₉₀=4,4 л/100км

2) Эксплуатационный расход (Q_э.р.) топлива:

Q_э.р. = 1,1·Q _S.p.,

где Q_S.p - путевой расход при расчетной скорости V_p.

Расчетная скорость V_p определяется в зависимости от максимальной скорости V_amаx:

- для автомобиля с дизельным ДВС:

(62)

Q _S.p.=8,0 л/100 км

Q_э.р. =1,1·8,0=8,8 л/100км

3) Контрольный расход топлива Q_k - минимальный расход по топливной характеристике.

Найденные расходы топлива проектируемого автомобиля должны находиться на уровне аналогичных показателей у автомобилей – прототипов. Таблица 17 – Топливная экономичность проектируемого автомобиля на высшей передаче

Va, км/ч	27,34	51,25	75,17	99,09	123,01	143,51	167,43	191,35	205,01
Рk, кВт	14,31	26,84	39,36	51,88	64,41	75,14	87,67	100,19	107,35
Рψ + РВ,	1,62	3,88	7,87	14,34	24,07	35,61	53,49	76,88	93,03
U	0,113	0,145	0,200	0,276	0,374	0,474	0,610	0,767	0,867
E	0,143	0,268	0,393	0,518	0,643	0,750	0,875	1,000	1,071
Ки	2,454	2,262	1,965	1,628	1,307	1,087	0,931	0,902	0,934
Ке	1,128	1,051	0,998	0,967	0,955	0,958	0,973	1,000	1,019
Qs

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

2.9 Сводная сравнительная таблица характеристик спроектированного автомобиля

Таблица 18 - Характеристики спроектированного автомобиля и автомобиля-прототипа

Параметр	Значения
Проектируемого автомобиля	Прототипа
1 Двигатель 1.1 Тип 1.2 Рабочий объем Vh, л 1.3 Максимальная мощность Рemax при частоте вращения вала nР, кВт (л.с.)/об/мин 1.4 Максимальный крутящий момент Меmax при частоте вращения коленчатого вала nM , Н^.м/об/мин 1.5 Удельная мощность Руд = Рemax /ma , кВт/т 1.6 Коэффициенты приспосабливаемости двигателя: -по частоте Kn -по моменту Km	Дизель 3,0 130,8(177)/4000 393,47/1801 52,4 2,22 1,26	Дизель 3,0 130(180)/4400 350/1800 49,6 2,22 1,26
2 Трансмиссия 2.1 Тип 2.2 Привод 2.3 Колесная формула 2.4 Передаточные числа: коробки передач: первой передачи U1 U2 U3 U4 U5 U6 главной передачи: U0	Механическая Передний 4x2 3,1 2,06 1,49 1,13 0,88 0,7 3,44	Механическая Передний 4x2 - - - - - - -
3 Шины 3.1 Размерность 3.2 - радиус качения колеса, м	225/55R17 0,3361	225/55R17 0,3361
4 Габариты 4.1 Высота Нг, м 4.2 Ширина Вг, м 4.3 Колёсная база L, м 4.4 Коэффициент обтекаемости Сх	1,746 1,860 2,868 0,25	1,746 1,860 2,868 -

Дата добавления: 2015-10-21