Порядок проведения работы

1. Работа проводится на автомобиле-лаборатории (автобус ПАЗ-672) описание которого приводится в литературе [1].

При проведении данной лабораторной работы используются датчик скорости автомобиля и самописцы типа Н-338. Описание приборов и самописцев дано в литературе [1].

2. Автомобиль-лаборатория выезжает с группой студентов на выбранную трассу (горизонтальный участок с асфальтобетонным покрытием) и останавливается в начале участка, на котором будет проводится эксперимент.

3. Лаборант включает питание приборов и проводит их тарировку, которая заключается в том, чтобы определить масштабы записи будущих замеров. Прибором предстоит записать процесс изменения скорости автомобиля в функции времени при движении автомобиля. Скорость автомобиля фиксируется по вертикальному отклонению стрелки прибора, а время процесса определяется скоростью протяжки ленты на которой будет записан процесс. Для выяснения масштаба записи прибора по скорости автомобиля лаборант подает на прибор (при неподвижном автомобиле) заранее известную величину напряжения, соответствующую скорости автомобиля в 25 км/ч (6,94 м/с). Под действием этого напряжения стрелка прибора отклоняется от нулевого положения вверх, лаборант продвигает ленту на несколько делений с целью получения линии и затем снимает напряжение с прибора, стрелка возвращается в положение соответствующее нулевому напряжению, а стало быть и нулевой скорости автомобиля (см. участок I-I на рис. 2).

По величине отклонения стрелки находят масштаб записи скорости автомобиля (м/с в одном вертикальном делении).

По скорости протяжки ленты, которую необходимо узнать у лаборанта, определяют масштаб записи времени (число секунд в одном горизонтальном делении).

4. Лаборант включает протяжку ленты на приборах и дает команду водителю производить разгон автомобиля-лаборатории. Водитель разгоняет автомобиль-лабораторию со второй передачи до максимально возможной скорости последовательно включая 3 и 4 передачу. При достижении определенной скорости по команде лаборанта водитель переходит из разгона в накат (движение на нейтральной передаче) и движется до полной остановки.

5. После остановки лаборант выключает приборы и выдает полученные записи студентам (рис. 2)

Рис. 2

6. Студенты должны перенести процесс «разгона-наката» с диаграммы на лист миллиметровки формата А3 (297х420). Цель этого переноса заключается в следующем.

6.1 Дальнейшие расчеты будут вестись графическим методом, а значит надо иметь график как можно большего масштаба.

6.2 При записи процесса, на линию записи накладывались помехи, связанные с вибрацией кузова и связанные с инерционными факторами, не влияющие на рассматриваемый процесс «разгона-наката», поэтому от них нужно освободиться и по возможности идеализировать вид будущего графика.

6.3 Для дальнейших расчетов придется применять метод графического дифференцирования, требующий прямоугольных координат, в то время как на диаграммной ленте процесс записан в криволинейных координатах.

7 С целью переноса графика «разгон-накат», рекомендуется следующая последовательность.

7.1 На диаграмме выбираются точки экстримума:

- начала движения;

- выключения II передачи;

- включения III передачи;

- выключения III передачи;

- включения IV передачи;

- выключения IV передачи;

- остановки.

На кривых разгона на каждой из передач необходимо выбрать еще по три промежуточных точки, а на кривой выбега выбрать еще семь промежуточных точек. Таким образом, должно быть выбрано 23 точки на кривой процесса «разгон-накат».

7.2 Координаты выбранных точек в делениях диаграммы записываются в следующую таблицу

Таблица 1

Пример

№ п/п	Время	Скорость
в делениях диаграммы	с	в делениях диаграммы	м/с
…

7.3 Зная масштабы записи по времени и по скорости нужно пересчитать полученные координаты в секундах (время) и м/с (скорость автомобиля) и заполнить соответствующие графы таблицы. (В примере масштаб по времени - 1 деление соответствует 1с).

7.4. По максимальным значениям времени и скорости автомобиля выбирают масштабы будущего графика (формат А3), учитывая необходимость выполнения пункта 6.1.

7.5. На формате А3 по выбранным масштабам строят оси координат - ось скорости слева вертикально (вдоль короткой стороны листа), а ось времени горизонтально внизу (вдоль большой стороны листа). На оси наносятся шкалы в выбранных единицах измерения скорость м/с и время в с.

7.6. На основании нанесенных шкал на графике наносятся точки по координатам из составленной таблицы.

7.7.

Полученные точки соединяются плавной кривой. Начинать соединение точек надо с процесса наката. Затем плавными кривыми соединяют процессы разгона на II, Ш и 1У передачах, несколько продляя кривые после точек выключения и включения передач (рис. 3). Между кривыми строят перпендикуляр, через середину которого проводят линию параллельно графику наката при данных скоростях движения.

Рис. 3

Полученные точки А и В в дальнейшем необходимо считать за точки Рис. 4

выключения передачи (т. А) и за точку включения передачи (т. В).

Полученный график «разгон-наката» на миллиметровке считать исходным документом для проведения расчетов в данной работе.

8. Поскольку основной целью работы является построение графика силового баланса автомобиля, необходимо найти все соcтавляющие этого баланса (формула 1)

Р_к=G_а×Y + кF×V² + М_а×j×d (13)

G_а=М_а×g (Н) (14)

М_а=М_о +n×75+200 (кг) (15)

где М_о - масса снаряженного автомобиля;

n - число студентов находившихся в автомобиле во время эксперимента;

200 – масса приборов, блока питания и др. оборудования;

g - ускорение свободного падения 9,81м/с²;

Y - коэффициент дорожного сопротивления (на данный момент его величина неизвестна);

кF - фактор обтекаемости (на данный момент эта величина неизвестна);

V - средняя скорость автомобиля на данном участке (находится из графика);

j - ускорение (или замедление) на данном участке (находится из графика);

d - коэффициент учета вращающихся масс, рассчитывается по формуле (11).

Рассматриваемая формула (13) содержит три неизвестных: Р_к, Y и кF, а так как одно уравнение с 3-я неизвестными не решается, необходимо найти условия работы этого уравнения, когда два из неизвестных равны нулю.

При движении накатом Р_к=0 (формула 7). В этом случае в уравнении будет только два неизвестных: Y и кF.

Экспериментами установлено, что при движении автомобиля со скоростью менее 4м/с сопротивление воздуха мало по сравнению с остальными силами действующими на автомобиль. Значит этой силой сопротивления Р_w можно пренебречь и уравнение силового баланса (7) приобретет вид

Р_j = Р_Y (16)

Раскрывая это уравнение получаем

М_а×j×d=G_а×Y (17)

в этом уравнении одно неизвестное - Y

Y= (М_а×j×d)/ G_а=(j×d)/g (18)

Y=(j×d)/g

где g - ускорение свободного падения 9,81 м/с.

Это уравнение есть уравнение силового баланса для случая движения накатом (Р_к=0) и скорости движения менее 4 м/с (Р_w»0 ).

8.1. Находим на графике разгон-наката этот режим работы автомобиля (участок КZ)

ускорение j=[KN]/[NZ] м/с

Расчитанное значение Y необходимо сравнить с данными в справочнике [2] для асфальто-бетонного покрытия. Если полученное значение находятся в пределах ±20% Y_{справ .}, то полученное значение принимается для дальнейших расчетов, если значение Y вышло за указанные пределы, то для дальнейших расчетов нужно принять Y_{справ .}, а причину отклонения попытаться объяснить.

Cледует иметь ввиду, что эксперимент проводился на одном типе покрытия дороги, значит и значение Y будет для всего процесса разгон-наката постоянным.

8.2. Таким образом, найдено одно из неизвестных (Y) и можно приступить к решению уравнения (7), в котором неизвестным останется только кF

М_а×j×d=G_а×Y + кFV² (19)

кF=(М_а×j×d-G_а×Y)/V_ср² (20)

Уравнение 19 – есть уравнение силового баланса для режима наката (участок ЕК рис. 4). На этом участке ускорение (j=DV/Dt) величина переменная, поэтому необходимо прибегнуть к методу графического дифференцирования. Участок ЕК разбивают на 5 приблизительно равных отрезков и для каждого из них вычисляют кF. Вычисления удобно производить записывая результаты в таблицу вида:

Участок

Vн

Vк

DV

tн

tк

Dt

j

Vср

Vср^2

Ма×j×d

Gа×Y

кF

К-1

1-2

2-3

3-4

4-Е

кF_ср=SкF/5

где V_н и t_н - скорость и время в начале участка;

V_к и t_к - скорость и время в конце участка

(j=DV/Dt)

V_ср=(V_н+V_к)/2 (21)

Чтобы проверить правильность полученных результатов необходимо сверить кF_ср с результатами рассчитанными на основании данных справочника. В справочнике [2] даны значения коэффициента обтекаемости отдельно от площади лобового сопротивления.

Следует иметь ввиду, что величина к в справочнике дана в кгс×с²/м⁴. Величину площади лобового сопротивления рассчитывают по следующим формулам

F=0,78 В×Н - для легковых автомобилей

F=В_к×Н - для грузовых автомобилей (22)

где В - ширина автомобиля;

Н - высота автомобиля;

В_к - ширина колеи передних колес.

Если значения кF_{с р} полученные в результате обработки кривых "разгон-накат" отличаются от рассчитанных по данным справочника более чем на ±20%, то необходимо для дальнейших расчетов брать данные, рассчитанные по справочнику, а причину отклонения пояснить в пояснительной записке. Если отличие менее чем на ±20%, то для дальнейших расчетов принять свое значение.

В результате проведенных расчетов получены значения коэффициента сопротивления дороги Y и фактора обтекаемости для автомобиля-лаборатории кF, т.е. есть возможность рассчитывать все силы сопротивления автомобиля-лаборатории для различных условий движения.

8.3. Согласно закона Ньютона "Всякому действию есть равное, но противоположно направленное противодействие", можно по сумме сил сопротивления найти действующую силу, используя уравнение силового баланса (1)

Р_к=Р_Y + Р_w + Р_j

Поскольку все эти силы постоянно меняют свое значение, необходимо применить метод графического дифференцирования. Для чего каждый участок разгона на передаче необходимо разделить на 5 отрезков и для каждого отрезка произвести расчет Р_к. Рекомендуется результаты расчета сводить в табилцу типа:

отрезок

№ передачи

Vн

Vк

DV

tн

tк

Dt

Vср

Vср^2

j

Рj

PY

Pw

Pк

Ме

wе

0-16

II

16-15

II

15-14

II

14-13

II

13-А

II

В-12

III

12-11

III

11-10

III

10-9

III

9-С

III

Д-8

1У

8-7

1У

7-6

1У

6-5

1У

5-Е

1У

Для расчета М_е и w_е можно использовать следующие зависимости

М_е=(Р_к×r_к)/(i_тр×h_тр) (23)

w_е=(V_ср× i_тр)/ r_к (24)

где - М_е – крутящий момент на двигателе Нм;

w_е – соответствующая угловая скорость коленчатого вала двигателя 1/с;

r_к - радиус качения (для ПАЗ-672 r_к =0,47м);

i_тр - передаточное отношение трансмиссии;

i_тр=i_кп×i_о

где i_кп - передаточное отношение включенной передачи в к.п.;

i_о - передаточные отношения главной передачи

h_тр =К.П.Д., для ПАЗ-672 h_тр =0,8

9. Строить график силового баланса на базе полученных значений Р_к и V_ср не рационально, т.к. имеет место большой разброс результатов. С этой целью рекомендуется просчитать скоростную характеристику двигателя М_е=¦(w_е), на которой вычисленные точки М_е дадут возможность построить результирующую по 15 точкам.

Данная скоростная характеристика двигателя М_е=¦(w_е) строится на 2-ом листе формата А3 (вертикального расположения). Масштаб должен быть выбран так, что бы полностью заполнить лист. По горизонтали расположить w_е от 0 до w_еmax. Значение w_еmax находят по справочнику. По вертикали в начале координат нужно располагать не М_е=0, а М_е=0,9М_min. По построенным шкалам наносят на рабочее поле графика 15 точек из таблицы, которые затем соединяют тонкими линиями последовательно по мере увеличения значений w_е..

Рис. 5

По справочнику необходимо найти значение w_max и рассчитать w_min=0,2w_max. На графике нанести штриховыми линиями эти значения и между ними провести результирующую М_е.

Проводить интерполяцию надо по закону изменения М_е для двигателей внутреннего сгорания и учитывая усредненность ее положения, т.е. суммы площадей между кривой и ломаной сверху и снизу должны быть приблизительно одинаковы.

Для обеспечения дальнейших расчетов будем считать полученную кривую за скоростную характеристику двигателя в процессе разгона автомобиля на всех передачах и возьмем ее за основу при построении силового баланса автомобиля.

10. Выберем 5 точек на скоростной характеристике (включая точки М_е при w_min, М_еmax и М_е при w_max). Остальные 2 точки возьмем произвольно и рассчитаем значения сил Р_к по формуле (23) и скорость автомобиля V_а по формуле (24). Расчеты желательно производить, записывая промежуточные значения в таблицу вида

11.

№№ п/п	№ передачи	Ме	wе	iтр	Рк	Vа
	II
	II
	II
	II
	II
	III
	III
	III
	III
	III
	1У
	1У
	1У
	1У
	1У

На 3-ем листе миллиметровки формата А3 (вертикального расположения) строится график силового баланса (рис. 6). По полученным в таблице данным строится три кривых Р_к=¦(V_а) на П, Ш и 1У передачах.

Для построения зависимости Р_Y=Р_f+Р_i=¦(V_а) достаточно просчитать 5-6 значений в промежутке V_а=0 и V_а = V_{ma x} по формуле

Рис. 6

V_max=(w_max×r_к)/i_тр1У

где i_тр1У - передаточное отношение трансмиссии на высшей передаче.

При расчетах необходимо пользоваться формулой ¦=¦₀[1+V²/7000].

^* - ¦₀ следует принять равным Y₁, рассчитанная в данной работена участке наката приV<4 м/с

Зависимость Р_w=¦(V_а ) рассчитывают по формуле для тех же значений V_а, что и для Р_Y=¦(V_а).

После чего строят кривые зависимости Р_Y=¦(V_а) и Р_Y+ Р_w=¦(V_а).

Данный график есть силовой баланс автомобиля полученный на основании эксперимента "разгон-накат".

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Какие методы определения масштаба записи прибора применялись при рассматриваемом эксперименте?

2. Написать уравнение силового баланса для различных участков графика V=¦(t).

3. Почему уравнение силового баланса на последнем участке графика V=¦(t) имеет вид Р_Y=Р_j?

4. Для каких условий движения возможно применение формулы 18?

5. Распишите, из чего состоят и как находятся силы, действующие на автомобиль при движении.

6. Какой формуле соответствует кривая КЕ рис. 4?

7. Какая величина коэффициента d при накате и почему?

8. Какой метод принимается в данном расчете для решения уравнения с 3-мя неизвестными?

9. В каком случае силы Р_i и Р_J будут со знаком (+), а в каком со знаком (-)?

10. Объясните, почему на графике М_е=¦(w_е) получается разброс точек?

11. Какому геометрическому параметру на графике рис. 4 соответствует замедление при накате и ускорение при разгоне?

12. В чем необходимость деления отрезка кривой наката или разгона на передаче на несколько частей?

13. Почему некоторые точки графика М_е=¦(w_е) выходят за пределы табличный значений w_еmin и w_еmax?

14. Чем отличается график рис. 5 от внешней скоростной характеристики двигателя?

15. Покажите на графике рис. 6 составляющие силового баланса при определенной скорости автомобиля.

16. Какие задачи можно решить с помощью графика Р=¦(V)?

17. Чем характеризуется точка пересечения кривых Р_к1У и Р_w+Р_Y.

18. Почему сила Р_Y мало зависит от скорости движения, а сила Р_w резко изменяет свое значение.

19. По графику Р=¦(V) определите в каком диапазоне скоростей может двигаться автобус на II, III или 1У передачах.

20. На что расходуется сила Р_j и как ее величина рассчитывается в данной работе?

21. Каким фактором ограничивается скорость автомобиля в Вашем расчете?

22. Внести изменения в график силового баланса при изменении условий движения

22.1. Дорога пошла в гору i =0,03

22.2. Дорога пошла под гору i =-0,03

22.3. Подул встречный ветер V =15м/с

22.4. Подул попутный ветер V =15 м/с

23. Вычислите Y_max для Вашего случая.

ЛИТЕРАТУРА

1. Методические указания к лабораторным работам по дисциплинам "Автомобили", "Экспертиза ДТП" и "Безопасность транспортных средств" для специальностей 1609, 1616 и 1617, часть 1. Омск - 1983.

2. Краткий автомобильный справочник НИИАТ.

3. Б.В. Андреев Теория автомобиля. Красноярск, 1984г.

Дата добавления: 2015-08-27