Выбор исходных данных
Задание. Сделать анализ тягово-скоростныхсвойств автомобиля,AUDIA8 есликоэффициент суммарного дорожного сопротивления y=0,02.
Исходные данные длярасчета:
Вид автомобиля — легковойавтомобиль
Полная масса m, кг — 2200
Марка и тип двигателя — бензиновый,AMF.
Максимальная мощность Nemax, кВт — 142
Частота вращения валадвигателя при максимальной мощности nN, об/мин — 6000
Наличие ограничителячастоты вращения вала двигателя — нет
Передаточные числа:
Коробки передач
Uk1………………..3,5
Uk2………………..1,94
Uk3………………..1,3
Uk4………………..0,943
Uk5………………..0,789
Ukзх……………….3,444
Раздаточной коробки uрв,…………………….нет
Главной передачи u0…………………………..3,875
Шины………………………………………..225\55R17
Статический радиус колес rст, м……………0,317
Габаритные размеры:
Ширина Вг,м…………………………………..1,88
Высота Нг,м…………………………………...1,42
КПД трансмиссии h……………………………0,9
Коэффициент сопротивлениявоздуха K, Hc2/м4…0,2
Реальные значенияосновных параметров автомобиля для сравнения их с полученными расчетами:
Максимальный крутящиймомент двигателя Memax,Нм……………...280
Частота вращения валадвигателя при максимальном крутящем моменте nM, об/мин…...3200
Максимальная скорость Vmax, км/ч
Время разгона до 100км/ч, с
Построение внешнейскоростной характеристики двигателя
Для построения внешнейскоростной характеристики поршневого двигателя внутреннего сгорания используютэмпирическую формулу, позволяющую по известным координатам одной точкискоростной характеристики воспроизвести всю кривую мощности:
/>(1)
где Ne, кВт – текущее значение мощностидвигателя, соответствующее частоте вращения вала двигателя n, об/мин;
Nemax, кВт –максимальная мощность двигателя при частоте вращения nN, об/мин;
А1, А2– эмпирические коэффициенты характеризующие тип двигателя внутреннего сгорания.Для бензинового А1=1,0; А2=1,0.
/> (2)
/>
nmin – минимальная частота вращенияколенчатого вала.
/> (3)
/> (Н*м.)
Результаты расчетоввнешней скоростной характеристики двигателя
По результатам расчетов строимграфик внешней скоростной характеристики (рис. 1).
/>
Рис. 1
Построение графиковсилового баланса
При построении графиковсилового баланса для различных передач и скоростей движения автомобилярассчитывают значение составляющих уравнения силового баланса.
Pk — Py — Pw – Pj = 0.
Тяговое усилие на ведущихколесах определяют из выражения, Н:
/> (4)
где rд – динамический радиус колеса, который в нормальныхусловиях движения принимают равным rст = 0,317м.
Вторую составляющуюсилового баланса – силу суммарного дорожного сопротивления – определяют поформуле, Н:
Py = yG (5)
Где G = gm – полный вес автомобиля;
G = 9,81 м/с2 – ускорениесвободного падения.
G = 9,81 × 2200 = 21582Н;
Py = 0,02 × 21582 = 431,64Н;
Силы сопротивлениявоздуха:
/>/> (6)
где F – лобовая площадь, м2;
V – скорость автомобиля, км/ч.
F = a × Bг × Hг (7)
Где a — коэффициент заполнения площади,для грузовика находится в пределах 0,78…0,8, принимаем a = 0,8, тогда
F = 0,8 × 1,88× 1,42=2,13 м2
Силу сопротивленияразгону, H:
/> (8)
где d — коэффициент учитывающий влияниеинерции вращающихся масс;
j – ускорение автомобиля впоступательном движении, м/с2.
При построении и анализеграфиков силового баланса величина Pj не рассчитывается, а определяется как разность тяговогоусилия Pk и суммы сопротивлений движению (Py+PW)
График силового баланса ивсе последующие графики будем строить в функции скорости автомобиля V, км/ч, которая связана с частотойвращения вала двигателя nзависимостью
/> (9)
/> км/час
где rk – радиус качения колеса, равный приотсутствии проскальзывания статическому радиусу rст.
Для силы сопротивлениявоздуха
/> (10)
Динамический факторавтомобиля D определяется для различных передач искоростей движения по формуле.
/> (11)
/>
Результаты расчетовсилового баланса и динамической характеристики автомобиля AUDI A8 (рис. 3, 4).
/>
Рис. 2
/>
Рис. 3
Оценка показателейразгона автомобиля
Ускорение j для разных передач и скоростейопределяют по значениям D изтаблицы 2, используя формулу
/>
где d = 1,04 + 0,04 × uki2 × uPB2 предварительно рассчитывается для каждой передачи
d1=1,04+0,04×uk12=1,04+0,04×3.52=1,53;
d2=1,04+0,04×uk22=1,04+0,04×1,942=1,19;
d3=1,04+0,04×uk32=1,04+0,04×1,32=1,1;
d4=1,04+0,04×uk42=1,04+0,04×0,942=1,07;
d5=1,04+0,04×uk52=1,04+0,04×0,7892=1,06;
Расчетные данные дляпостроения графиков ускорений сводят в таблице 3, где приводятся значениявеличин, обратных ускорениям 1/j,которые будут использованы при определении времени разгона АТС.
По данным таблицы 3строят графики ускорений (рисунок 4) и величин, обратных ускорениям (рисунок5).
Результаты расчетовускорений и величин, обратных ускорениям
Время разгона получаюткак интеграл функции
/> (13)
графическиминтегрированием функции 1/j = f(V), используя график величин, обратных ускорениям. Для этогоплощадь над кривыми разбивают на произвольное число участков. Площади этихучастков представляют собой в определенном масштабе время разгона всоответствующем интервале скоростей на данной дороге. Например, время разгонаавтомобиля на и-м участке от скорости Vи до Vи+1
Подсчитав площади участковFtи и нарастающую сумму площадей, по формуле (14)вычисляем время разгона t.Расчеты сводим в таблице 4 и строим график времени разгона (рисунок 6).
Путь разгона определяютпо аналогии графическим интегрированием функции t = f(V), т.е. подсчетом соответствующихплощадей графика времени разгона, поскольку
/> (15)
Методика расчета ипостроения аналогична предшествующей. Для этого площадь над кривой t=f(V) в интервале от Vmin до Vmax разбивают на произвольное числоучастков (5 или 6). Площади этих участков представляют собой в определенноммасштабе путь разгона в соответствующем интервале скоростей на данной дороге.Например, путь разгона автомобиля Sи (м) на и-мучастке от скорости Vи до Vи+1
Sи=mvmtFsи (16)
Fsи – площадь и-го участка на графике, мм2.
Подсчитав площадиучастков и нарастающую сумму площадей, по формуле (16) вычисляют путь разгона S, сводят расчеты в таблице 5 и строятграфик пути разгона.
двигательавтомобиль тяговый скоростной
/>
Рис. 4
/>
Рис. 5
/>
Рис. 6
График мощностногобаланса автомобиля
Уравнение балансамощности могут быть выражены через мощность двигателя Ne:
Ne – Nr — Ny — Nw – Nj = 0 (17)
Или через мощность наколесах Nk:
Nk — Ny — Nw – Nj = 0 (18)
Где Nr – мощность, теряемая в трансмиссии;
Ny, Nw – мощность, расходуемая напреодоление соответственно суммарных дорожных сопротивлений и сопротивлениевоздуха;
Nj – мощность, используемая дляразгона.
Вначале вычислим мощностьна ведущих колесах Nk. Этувеличину определяют через мощность Ne (см. табл. 1), рассчитываемую на коленчатом валу двигателя,с учетом потерь в трансмиссии
Nk=Ne·h (19)
Значение мощностей Ny и Nw – рассчитывают с использованиемвеличин Py и Pw, взятых из табл. 2 для высшейпередачи с целью обеспечения всего диапазона скоростей движения автомобиля:
/> (20)
/> (21)
Полученные значениявеличин Ny и Nw суммируют.
Данные расчетов сводим втаблице 6, и по ним строят график мощностного баланса автомобиля (рис. 7).
Мощности Nr и Nj определяются на графике как разностиNr = Ne – Nk; Nj = Nk – (Ny — Nw).
/>
Рис. 7
Анализ тягово-скоростныхсвойств автомобиля
Из внешней скоростнойхарактеристики двигателя определим значения максимального крутящего момента Memax, частоту вращения коленчатого валапри максимальном крутящем моменте nм и моментпри максимальной мощности MN. Полученные значения Memax и nм сравнением с реальными данными. Позначениям Memax и MN можно вычислить коэффициентприспосабливаемости двигателя.
/> (22)
Для двигателя автомобиля AUDI A8 значение Memax=280 Н.м.
Nм =3200 об/мин;
/>
При y = 0,02 максимальная скоростьавтомобиля без ограничителя частоты вращения составляет 237 км/ч.
По динамическойхарактеристике автомобиля для каждой передачи определим максимальноесопротивление ymax, которое может преодолетьавтомобиль, критическую скорость Vкр и максимально преодолеваемыйпродольный угол дороги imaxi при коэффициенте сопротивления качению f = 0,10 (грунтовая дорога последождя).
Максимальныйпреодолеваемый дорожный уклон дороги:
imaxi = ymaxi – f (23)
Для автомобиля AUDI A8 перечисленные параметры составляют:
Vmax=237км/ч.;
ymax1=Dmax1=0,49;
ymax2=Dmax2=0,27;
ymax3=Dmax3=0,18;
ymax4=Dmax4=0,12;
ymax5=Dmax5=0,1;
Imax1=0, 49– 0,10 = 0.39 = 39%Imax5 = 0,1– 0,10 = 0 = 0%;
Imax2=– 0, 27 — 0.10 = 0.17 = 17%;
Imax3 = 0, 18 – 0,10 = 0,08 = 8%;
Imax4 = 0, 12– 0,10 = 0.02 = 2%;
По графику ускоренийопределяются максимальное ускорение jmax для каждой передачи и оптимальные скорости перехода с однойпередачи на другую на данной дороге.
С помощью графиковвремени и пути разгона для принятого дорожного сопротивления определяютсоответственно время и путь разгона автомобиля до скорости 100 км/ч.
В данной работе этипараметры составляют:
Jmax1 = 3.05 м/с2;
Jmax1 = 2.08 м/с2;
Jmax1 = 1,4м/с2;
Jmax1 = 0,95м/с2;
Jmax1 = 0,75м/с2;
Vпер1-2 = 58км/ч;
Vпер2-3 = 104 км/ч;
Vпер3-4 = 156 км/ч;
Vпер4-5 = 216 км/ч;
Вывод
В данной работе мыпровели анализ тягово-скоростных свойств автомобиляAUDIA8 для дороги с коэффициентом суммарного дорожногосопротивления y = 0,02. Былипостроены графики внешней скоростной характеристики, силового баланса,ускорений, мощностного баланса, а также графики времени и пути разгонаавтомобиля.
Основные полученныеданные расчета:
Vmax =237 км/ч;
T100 = 13 с
S100 =183 м