1ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИСХОДНЫХ ПАРАМЕТРОВ ДЛЯ РАСЧЕТА АВТОМОБИЛЯ
Часть параметровпринимаем в соответствии с прототипом, а часть определяем в результатерасчетов. В первую очередь устанавливаем массу автомобиля, размер шин, мощностьи частоту вращения коленчатого вала двигателя. Собственную массу автомобиляопределяем по формуле
/>, (1)
где /> – масса порожнегоавтомобиля, кг;/>
/> – грузоподъемность равна 10000 кг;
/> — коэффициент грузоподъемности,который для большинства грузовых автомобилей составляет />= 0,9…1,1. При этомбольшие значения принимаются для автомобилей большой грузоподъемности.Принимаем равным 1.
Динамическуюхарактеристику необходимо рассчитать для полностью загруженного автомобиля,масса которого
/>, (2)
где /> – количество мест вкабине равно 2.
Размер шин принимаем всоответствии с прототипом, либо выбираем по расчетной нагрузке на колесо,которую определяем с учетом колесной формулы автомобиля и распределением весаполностью груженого автомобиля по осям. Установив размер шин, можно определитьрасчетный радиус колеса
/>, (3)
где /> – расчетный радиусколес, м;
/> – диаметр обода колеса равен 20 дюймов;
/> – ширина профиля шины равна 10,2 дюймов;
/> – коэффициент, учитывающийрадиальную деформацию шины, который зависит от типа шины и давления воздуха вней, />.Принимаем 0,93.
Мощность двигателя,установленного на автомобиле, должна обеспечить движение полностью загруженногоавтомобиля с максимальной скоростью в заданных дорожных условиях. Исходя изэтого условия, она может быть рассчитана по формуле
/>, (4)
где /> – мощность двигателя при максимальной скорости движенияавтомобиля, кВт;
/> – приведенный коэффициентдорожных сопротивлений при максимальной скорости=0,025;
/> — масса груженого автомобиля равна21261,111кг;
/> — ускорение свободного паденияравно 9,81 м/с2;
/> — сила сопротивления воздушнойсреды при максимальной скорости, Н;
/> – максимальная скорость движенияравна 23,6м/с;
/> – КПД трансмиссии при движении навысшей передаче равно 0,9.
В свою очередьсопротивление воздушной среды
/>, (5)
где /> – коэффициентсопротивления воздушной среды,=0,55 кг/м3 ;
/> — площадь лобовой поверхности, м2.
Для грузовых автомобилейможно принять
/>, (6)
где /> и /> – соответственно колеязадних колес равна 1,63 и габаритная высота равна 2,22 м.
КПД механическойтрансмиссии при движении на высшей передаче />= 0,90 (учитывая
потери в главной икарданной передаче и так называемые гидравлические потери). На остальныхпередачах
/>, (7)
где /> – КПД коробки передач,который находится в зависимости от числа /> зубчатых пар коробки, находящихсяв зацеплении
/>.
Для автомобилей скарбюраторными, имеющими ограничитель максимальных оборотов найденное поформуле (3) значение будет соответствовать номинальной (максимальной) мощностидвигателя, то есть
/>.
Если в задании не указанамаксимальная частота вращения коленчатого вала, то ее можно определить покоэффициенту оборотности двигателя />
/>, (8)
где /> – максимальные обороты,об/мин;
/> – максимальная скоростьавтомобиля, км/ч.
Для грузовых автомобилей />.
2 РАСЧЕТ ИПОСТРОЕНИЕ ВНЕШНЕЙ СКОРОСТНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЯ
Тяговые возможностиавтомобиля при выбранных параметрах трансмиссии и ходовой части определяемвнешней скоростной характеристикой установленного на автомобиле карбюраторногодвигателя. В курсовой работе используется расчетная характеристика, дляпостроения которой задаем частоту вращения коленчатого вала и находим соответствующиезначения /> и/> поформулам
/>, (9)
/>, (10)
где /> – мощность двигателяпри частоте вращения вала />е, кВт;
/> – номинальная мощность двигателя,кВт;
/> – удельный эффективный расходтоплива при соответствующих оборотах, г/кВт ч;
/> – удельный эффективный расходтоплива на номинальном режиме двигателя, г/кВт ч;
/> – опытные коэффициенты,усредненные значения которых в зависимости от типа двигателя можно принять потаблице 1.
/> – относительная частота вращениявала двигателя.
Крутящий момент наколенчатом валу /> (Н×м) и часовой расход топлива /> (кг/ч)рассчитывают по формулам
/>, (11)
/> , (12)
/>, (13)
где /> – значениединамического фактора при неполной загрузке автомобиля;
/> – значение динамического факторадля полностью загруженного автомобиля;
/> – вес полностью загруженногоавтомобиля;
/> — вес автомобиля при неполнойзагрузке.
Таблица 1 — Результатырасчета динамической характеристики автомобиляПараметры 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 — Результатырасчета внешней скоростной характеристики двигателяx 0,2 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 1 δy ne, об/мин 520 1040 1300 1560 1820 2080 2600 (nν)
Nе,
кВт 35,844 76,632 96,56 114,948 130,86 143,376 154,50 (Nеν)
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 построениеномограммы сводится к проведению семейства отрезков, соединяющих одинаковыезначения динамического фактора на ординатах для соответствующей загрузкиавтомобиля, которая оценивается коэффициентом использования грузоподъемности
/>, (15)
где /> – действительная массагруза;
/> – грузоподъемность.
Выражение (13) позволяетсоотношение между масштабами для динамического фактора при полной загрузкеавтомобиля и для любого />.
Удобнее всего, проведяординаты для различных /> (оси />), выполнить шкалу значенийдинамического фактора на оси />, соответствующую значениямдинамического фактора при порожнем автомобиле, а затем соединяем точки содинаковыми значениями /> на этой оси и на основной оси ординатдля />.Масштаб для /> пооси, соответствующей значениям для порожнего автомобиля /> связан с ранеевыбранным для полностью загруженного автомобиля .
3ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЕРЕДАТОЧНЫХ ЧИСЕЛ ТРАНСМИССИИ
Передаточное число главнойпередачи определяем из условия обеспечения движения автомобиля с максимальнойскоростью на высшей передаче при максимальных оборотах двигателя.
В случае, когдамаксимальная скорость достигается на прямой передаче
/>, (16)
где /> — частота вращенияколенчатого вала двигателя, при максимальной скорости, об/мин;
/> – расчетный радиус колеса=0,476,м;
/> – максимальная скоростьдвижения,=22,2 м/с.
При определениипередаточного числа коробки передач на первой передаче исходим из того, что напервой передаче автомобиль должен преодолевать максимальное дорожноесопротивление (по условию) при работе двигателя в режиме максимальногокрутящего момента />. При этом сопротивлением воздухапренебрегают.
Значение /> принимаем по внешней скоростной характеристикедвигателя. В том случае, когда расчет скоростной характеристики двигателя идинамической характеристики автомобиля выполняется с использованием ПЭВМ,максимальный крутящий момент может быть найден по формуле
/> , (17)
где /> – номинальный крутящий момент, Нм;
/> – номинальная мощность двигателя, 84,60кВт;
/> — номинальная частота вращенияколенчатого вала двигателя =3200, об/мин;
Передаточное числокоробки передач на первой передаче
/>, (18) (18)
где /> – максимальноеприведенное дорожное сопротивление.
Передаточные числапромежуточных передаx выбираем так,чтобы они составляли ряд геометрической прогрессии, знаменатель которой
/>, (19)
где /> – количество передачравное 4 (принимаем по прототипу);
/> – передаточное число коробкипередач на первой передаче равно 6,347;
/> – передаточное число коробки навысшей передаче равно 1
Значение передаточногочисла на i-ой передаче
/> (20)
КПД число пар зацепления1 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 0,9
В заключение данногораздела проверим, в каких условиях могут быть реализованы тяговые возможностиавтомобиля на первой передаче, то есть движение автомобиля с максимальной подвигателю силой тяги без буксования.
Это условие имеет вид
/>, (21) где /> – максимально возможная по условиям сцепления силатяги автомобиля;
/> — максимально возможная по крутящемумоменту двигателя касательная сила тяги.
Величина ограничения посцеплению зависит от коэффициента сцепления /> и сцепного веса />
/>, (22)
где /> – динамическийкоэффициент нагрузки ведущих колес, который связан со статическим /> соотношением
/>.
Значение /> принимаем всоответствии с прототипом равное 1,2. Для автомобилей со всеми ведущими осями />
Учитывая зависимостькасательной силы тяги от момента
/>, (23)
также то, что /> найдено изусловия преодоления максимального дорожного сопротивления, условие (21) можетбыть записано так
/> (24)
Сопоставим полученноезначение /> сосправочными данными для разных дорожных условий и отметим в курсовом проекте, вкаких дорожных условиях может быть реализована максимальная (по двигателю)касательная сила тяги.
где /> и /> — коэффициенты,учитывающие влияние на удельный расход топлива скоростного и нагрузочногорежима работы двигателя;
/> — удельный расход топлива наноминальном режиме, г/кВт ч.
Значения коэффициента /> находят какфункцию отношения /> оборотов, соответствующихразвиваемой скорости движения к номинальным, то есть
/> (28)
а /> – как функцию отношенияразвиваемой мощности /> и мощности двигателя по внешнейскоростной характеристике /> при данной частоте вращенияколенчатого вала
/> (29)
Графики этих функцийприведены на рисунках 11и 12.
Учитывая значительнуюпогрешность определения коэффициентов /> и /> по графикам, рекомендуется рассчитыватьих значения по формулам
/>
/> – для карбюраторных двигателей;
/> — для дизелей.
В этих формулах /> и />.
В курсовой работе расчетэкономической характеристики выполняем для трех значений коэффициента дорожныхсопротивлений.
Расчет выполняем в такойпоследовательности.
1 По динамическойхарактеристике определяем наивысшую передачу, на которой возможно движение взаданных дорожных условиях и максимальное значение скорости, которая при этомдостигается.
2 Задаем несколькозначений оборотов от /> и находим соответствующие имскорости движения.
3 Рассчитываемсопротивление воздушной среды />, а затем — мощность двигателя />, необходимуюдля движения в заданных дорожных условиях с соответствующей скоростью />.
4 По внешней скоростнойхарактеристике находим соответствующую принятым значениям оборотов мощностьдвигателя />.
5 Находят отношения />/>и /> и по графикам (рисунки3 и 4) определяем коэффициенты />и />.
6 Рассчитываем удельныйрасход /> ирасход топлива на 100 км пробега />.Объем расчетов можно сократить,принимая такие же значения оборотов, как при расчете динамическойхарактеристики.
Результаты расчетарекомендуется оформить в таблицу следующей формы.
По полученным даннымстроим зависимость /> от скорости движения дляразличных />.Пример экономической характеристики представлен на рисунке 5.
Таблица 4Результатырасчета 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
1СкотниковВ.А., Мащерский А.А., Солонский А.С. Основы теории и расчета трактора иавтомобиля. — М.: Агропромиздат, 1986. — 383 с.
2Чудаков Д.А. Основы теории и расчета трактора и автомобиля. — М.: Колос,1972. — 385 с.
3Кутьков Г.М. Теория трактора и автомобиля. – М.: Колос, 1996. — 302 с.
4Тракторы 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.
5Теория тракторов и автомобилей. Методические указания и задания по курсовойработе 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 указанияк выполнению курсового проекта по дисциплине «Тракторы и автомобили»для студентов специальности 31.11 / Московский гидромелиоративный институт. — М., 1992. — 113 с.
7Агеев Л.Е и др. Теория трактора и автомобиля: Учебное пособие по выполнениюкурсовой работы. – Брянск: Издательство Брянской ГСХА, 2001. — 155 с.
8Артамонов М.Д., Иларионов В.А., Морин М.М. Основы теории и конструкцииавтомобиля. – М.: Машиностроение, 1974. — 288 с.