Введение
Эксплуатационными свойствами автомобиля, определяющими приспособленностьего конструкции к эффективному использовании в реальных условиях, являютсявместимость (пассажиро- и грузовместимость), использование массы, тяговая итормозная динамичность, топливная экономичность, устойчивость, управляемость,маневренность, плавность хода, проходимость, надежность(безотказность,долговечность, ремонтопригодность, сохраняемость), безопасность.
Эффективность как безразмерное отношение эффекта (положительногорезультата) к соизмеримым затратам на его производство может быть энергетическойи стоимостной (экономической).
Поскольку автомобиль является преобразователем химической энергиитоплива и атмосферного воздуха через тепловой поток продуктов сгорания GтНu в поступательное движение массы mг водителя,пассажиров, грузов или специально оборудования по дрогам, улицам и местности смгновенной рабочей скоростью uа,, то его эффект можно измерить полезнымимпульсом mгuа и полезной мощностью Naпоступательного движения в автомобиле полезной массы mг,, аэнергетическую эффективность автоперевозок — коэффициентом полезного действия(КПД) автомобиля hа. При этом полезную (транспортную) работуавтомобиля должно определять интегрированием мгновенной мощности Naза время t, а стоимостную эффективность автомобиля – отношением цены (тарифа) ксебестоимости полезной (транспортной) работы, измеряемой в физических единицах(МДж) с учетом динамического фактора автомобиля по двигателю Dг исцеплению jl, показателей дорожных условий (j, f, i) и режимовдвижения (+ j). Все эти показатели, необходимые для графическогоопределения коэффициента буксования d и рабочей скорости uа, можно синтезировать вдинамическом паспорте автомобиля, разработанном и применяемом на кафедре«Тракторы и автомобили» Вятской ГСХА с целью прогноза энергетической истоимостной эффективности автомобилей и тракторов. В не кафедральныхлитературных источниках такого динамического паспорта нет.
Расчет и построение графика динамического паспорта автомобиля(лист 2) возможны после предварительного анализа конструкции автомобиля и условийего использования (глава 1). Модель, прототип или альтернативную конструктивнуюсхему автомобиля и предлагаемое предприятие студент выбирает сам с перспективойиспользования результатов курсового проектирования в дипломном проекте, какправило комплексном.
1. Анализ конструкции автомобиля и условий его использования
Расчет внешней скоростной характеристики двигателя
В настоящее время на автомобилях используются главным образом поршневыедвигатели внутреннего сгорания, приспособленные к устойчивому переносу мощностичерез трансмиссию к ведущим колесам в интервале частот вращения коленчатоговала от nм при максимальном крутящем моменте Ме max до nNпри максимальной эффективной мощности
Ne max = MeN weN = 0,105 MeNnN, (1.1)
где MeN – крутящий момент при максимальной мощности,кНм;
Meн=0,36кНм.
weN – угловая скорость коленчатого вала примаксимальной мощности, рад/с;
/> (1.2)
Nemax=114,912кВт.
При эксплуатации автомобиля часть эффективной мощности Neрасходуется потребителями, неучтенными при стендовых испытаниях двигателя, атакже не может быть получена из-за отличия реальных атмосферных условий отстандартных при снятии внешней скоростной характеристики на стенде. Поэтому прииспользовании стандартной внешней характеристики для расчета тягово-скоростныхпоказателей автомобиля все значения Ne необходимо умножить накоэффициент коррекции kp = 0,93 – 0,96.
Если реальной внешней характеристики двигателя в графической илитабличной формах нет, но известны Ne max, nN, Ме maxи nм, то после определения коэффициентов приспособляемости:
/> (1,3)
km=0,22
/>, (1.4)
kw=1,68 а также коэффициентов:
/>, (1.5)
a=0,74
0,74
/>, (1.6)
в=1,60
1,60
/>, (1.7)
с= 1,34
можно определить текущие значения крутящего момента поэмпирической зависимости:
/>, (1.8)
Ме – текущие значения крутящего момента, кНм;
MeN – крутящий момент при максимальной мощности, кНм;согласно (1.1)
/>;
n – текущие значения частоты вращения коленчатого вала, мин-1;принимаем не менее шести удобных и по возможности равномерно распределенныхзначений, включая n nN;
kp – коэффициент коррекции стендовой внешнейхарактеристики, принятый из интервала kp=0,93-0,96.
Текущие значения эффективной мощности определяем по формуле:
Ne = Me we » 0,105 Ме n, (1.9)
а текущие значения удельного расхода топлива из произведения:
ge = geN kn, (1.10)где:
ge – текущее значение удельного расхода топлива, г/(кВтч);
geN – удельный расход топлива при максимальной мощностиNmaxг/(кВтч); принимаем из технической характеристики двигателя илииз задания;
kn – коэффициент влияния частоты вращения коленчатоговала на удельный расход топлива; определяем из графика [, с. 90] или из таблицы1.
Таблица 1. Приближенные значения коэффициента kn приотношениях:n, об/мин 3240 3040 2840 2640 2440 2240 2040 n/n ном 0,720 0,675556 0,631 0,587 0,542 0,498 0,453 kn 0,95 0,96 0,97 0,975 0,98 0,99 1,01
При несовпадении значений отношения n/nN табличныезначения kn интерполируем и уточняем при построении графика внешнейскоростной характеристики двигателя на миллиметровой бумаге формата А4 (рис.1), расчете эффективного КПД
/> (1.11)
и часового расхода топлива
Gt = 10-3 ge Ne, (1.12)
где Нu – низшая теплота сгорания топлива;
Нu » 44 кДж/г –автомобильный бензин;
После графической проверки расчетных значений Me, Ne,ge, hе и Gt, включая их регуляторные(дизели) и ограничительные (карбюраторные двигатели грузовых автомобилей)«ветви», составляет таблицу 2:
Таблица 2. Внешняя скоростная характеристика двигателя при kр= 0,93n, мин 3240 3040 2840 2640 2440 2240 2040 Me, кНм 0,309 0,335 0,357 0,375 0,389 0,399 0,406 Ne, кВт 105,091 106,868 106,397 103,923 99,692 93,949 86,938 ge, г/кВт*ч 285,000 288,000 291,000 292,500 294,000 297,000 303,000 Gt, кг/ч 29,951 30,778 30,962 30,398 29,309 27,903 26,342 Не 0,287 0,284 0,281 0,280 0,278 0,275 0,270
1.2 Прогноз условий автоперевозок
Прогноз условий автоперевозок целесообразно совместить с оценкойпроходимости и пассажиро- или грузовместимости автомобиля.
Основными показателями дорожных условий являются приведенный коэффициентдорожных сопротивлений и коэффициент сцепления. Они входят в неравенство:
y
определяющее проходимость и тяговую динамичность транспортного средства,у которого часть массы lmа действует на ведущие колеса, ачасть массы (1 — l) mа- на ведомые. У полноприводныхавтомобилей коэффициент нормальной нагрузки ведущих колес l = 1, а у автопоездов снеполноприводными тягачами коэффициент l
Согласно ГОСТ Р 50597 – 93 дорожное покрытие должно иметь коэффициентсцепления j > 0,4. Однако на гололеде и снежном накате коэффициентсцепления j
Технические правила ремонта и содержания автомобильных дорог (ВСН24 – 88) к основным транспортно-эксплуатационным показателям автомобильнойдороги относят: обеспеченную скорость, пропускную способность, уровень еезагрузки движением, непрерывность, комфортность и безопасность движения,способность пропускать автомобили и автопоезда с осевой нагрузкой игрузоподъемностью (или общей массой), соответствующими категории дороги.
По техническому уровню, эксплуатационному состоянию и организациидвижения автомобильные дороги должны обеспечивать возможность безопасногодвижения одиночных автомобилей при благоприятных погодных условиях смаксимальными скоростями, близкими к расчетным (Крсэ ³ 1) соответствующейкатегории, установленной для эксплуатируемой дороги, утвержденной техническойдокументацией. В неблагоприятных погодно-климатических условиях допускаетсяснижение обеспечиваемой максимальной скорости по отношению к расчетной по СНиП2.05.02 – 85, но не ниже значений, приведенных в таблице 1. ВСН 24-88. вкурсовом проекте значение обеспечиваемой дорогой максимальной скорости uод следует записать втаблицу 1 прогноза условий автоперевозок, а в главе 2 сравнить его со значениемрабочей скорости автомобиля, требованиями п. 10.1 ПДД РФ, уровнем мастерстваводителя, особенностями транспортного потока и среды.
Таблица 3 Ориентировочные значения показателей.Показатели П е р и о д ы года лето осень зима Весна j 0.7 0.3 0.2 0.3 f 0.03 0.08 0.04 0.06 i 0.07 0.07 0.07 0.07 y 0.02 0.02 0.018 0.018 Г 2.0 2.0 2.0 2.0 l 0.71 0.71 0.71 0.71
uрасч 80 70 60 70
Крсэ 1.6 1.5 1.5 1.5
uод 80 70 60 70
Вместимость автомобиля как его способность единовременно и качественноперевозить наибольшее количество пассажиров, грузов или специальногооборудования можно оценить по значению коэффициента использования грузоподъемности:
/>, (1.14)
комфортности и безопасности пассажиров или количественной икачественной сохранности грузов и специального оборудования. При перевозке сыпучихгрузов малой плотности лимитирующим показателем грузовместимости обычноявляется удельная объемная грузоподъемность
/>, (1.15)
где qv – удельная объемная грузоподъемность, т/м3;
q — грузоподъемность, т;
Vк – объем кузова, м3;
rг – плотность груза, т/м3.
При оценке основных эксплуатационных свойств автомобиля с помощьюего динамического паспорта более удобным показателем вместимости являетсякоэффициент полной нормальной загрузки. С учетом (1.15) расчетный коэффициентнормальной загрузки
/>, (1.16)
где kv — коэффициент использования объема кузова,обеспечивающий количественную и качественную сохранность груза.
При перевозке сыпучих грузов в бортовой платформе или кузове самосваламожно принять kv » 0,95.
Вместимость затаренных грузов зависит от размеров тары и способа укладкии оценивается графоаналитически по схеме кузова, выполненной на миллиметровойбумаге формата А4.
Значения коэффициента нормальной нагрузки ведущих колес неполноприводногоавтомобиля в снаряженном состоянии lо и полностью груженого lq можно определить поданным технической характеристики как отношения массы, приходящейся на ведущиеколеса, к общей массе (снаряженной или полной).
Все показатели таблицы 1. имеют широкие интервалы значений и дляразвития оперативной эрудиции требуют запоминания вместе с терминологическойхарактеристикой дорожной обстановки. Например, обозначение 0,05 £ j £ 0,80 нижним пределом0,05 характеризует очень скользкий гололед и наиболее сложные условия движения,а верхним пределом 0,80 – сухой шероховатой асфальтобетон и возможностьдвижения одиночного автомобиля и расчетной скоростью. При этом коэффициентсопротивления качению 0,012 £ f £ 0,30 может иметьзначение, близкое к его нижнему пределу, например 0,02, но не к верхнему 0,30,обозначающему переувлажненное поле во время уборки силосной массы, сахарнойсвеклы или картофеля с погрузкой при движении со скоростью менее 10 км/ч.
Достоверный прогноз условий автоперевозок может обеспечить их своевременность,экономичность и безопасность.
1.3 Составлениекинематической схемы и расчет КПД трансмиссии
Кинематическую схему трансмиссии в стандартных обозначениях структурныхэлементов составляем на листе1 формата А1 по данным технического описания икаталога, выделяя все нагруженные детали и сопряжения, а также регулируемые впроцессе эксплуатации и после ремонта.
Суммарную мощность, теряемую в трансмиссии, определяем по формуле
Nтр = (1 – 0,98k×0,97l×0,995m)Ne + Nтрo, (1.13)
а КПД трансмиссии – по формуле
hтр = 0,98k×0,97l×0,995m – />, (1.14)
где k и l – число соответственно цилиндрических и конических илигипоидных зубчатых пар, через которое последовательно передается мощность;
m – число карданных шарниров, через которое передается мощность;m=4
Nтр o – мощность, теряемая в трансмиссии на холостомходу, кВт; принимаем из интервала (о,03 – 0,05) Nemax.
Надежность и безопасность автомобиля, дороги и водителя
Надежность, включая в себя безотказность, ремонтопригодность и сохраняемость,являются комплексным общетехническим свойством любого изделия, в том числеавтомобиля, автомобильной дороги и улично-дорожной сети. Однако СНиП 2.05.02. –85 и СНиП 2.07.01 -89* соответственно автомобильные дороги и улично-дорожныесети общетехнической надежностью не оценивают.
С учетом ГОСТ 27.002-89 надежность автомобиля – это свойствоавтомобиля сохранять во времени в установленных пределах знания всех параметров,характеризующих способность выполнять требуемые функции (транспортную работу) взаданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, хранения итранспортирования. автомобильные дороги и улично-дорожные сети могут иметьподобное определение своей надежности – свойства автомобильной дороги иулично-дорожные сети сохранять во времени в установленных пределах значениявсех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции(обеспечивать движение транспортных средств) в заданных режимах и условияхсодержания, ремонта и эксплуатации. Однако одним определением безнадежныероссийские дороги и улично-дорожные сети в надежные без содержания, ремонта,реконструкции и строительства не превратить.
Безотказность автомобиля – это свойство автомобиля непрерывно сохранятьработоспособное состояние в течение некоторого времени или наработки. При такомопределении безотказность живучесть автомобиля – это свойство автомобилясохранять ограниченную работоспособность при воздействиях, не предусмотренныхусловиями нормальной эксплуатации, но возникающих в реальной эксплуатации нароссийских дорогах и улицах, а безопасность автомобиля — это свойствоавтомобиля не создавать угрозу для жизни и здоровья участникам дорожногодвижения в случае нарушения работоспособного состояния (отказа). Однако уконструктивного безопасного и технически исправного автомобиля отказ в форменеуправляемости траекторией и скоростью движения может возникнуть из-запредельно опасного состояния дороги, спроектированной и построенной согласноСНиП 2.05.02-85, но оледеневшей и недопустимо скользкой или имеющей засыпанныеснегом просадки и выбоины на проезжей части и обочинах. Поэтому вероятнуюопасность автомобиля, дороги и среды как их объективную особенность создаватьугрозу для жизни и здоровья водителя и других участников дорожного движениянеобходимо определить одинаково и синтезировать результаты их раздельногоанализа в прогнозируемую вероятность опасностей динамичной системы ВАДС,исходно опасной, а не безопасной. Так называемая »конструктивная безопасностьавтомобиля» является рекламно-техническим термином, противоречащим юридическомуопределению автомобиля как средства повышенной опасности, особенно приуправлении опасным водителем и движении по опасной дороге в опасной среде.
Проведенные в Англии исследования показали, что 80% водителей несовершают ДТП, 15% водителей совершают 70% всех ДТП, 5% водителей совершают 30%всех ДТП. Наши исследования показали, что 69% всех водителей не совершают ДТП,12% совершают 33% всех ДТП, а 19% водителей совершают оставшиеся 67% ДТП» [ c.139]. Следовательно, большинство безопасных водителей как-то обнаруживаетопасности для движения и предотвращает ДТП, а меньшинство опасных водителейсовершает ДТП, превращая себя и других в жертвы.
2. Расчет и построение динамического паспорта
При заданных модели автомобиля, скорости встречного или попутноговетра uw=0 м/с и коэффициентесцепления колес с сухим шероховатым покрытием jос исходными данными длярасчета и построения графиков динамического (тягово-тормозного паспорта)паспорта на листе 2 формата А1 являются:
— грузоподъемность q=6 т;
— собственная масса в снаряженном состоянии mо=4,3 т;
— коэффициенты нормальной нагрузки ведущих колес («развесовка»)
lо=0,51 и lq=0,75;
— радиус качения ведущих колес rк=0,48 м, принимаемый равнымстатическому и динамическому радиусам;
— передаточные числа трансмиссии uтр на всех передачахпереднего хода;
— внешняя скоростная характеристика двигателя, рассчитанная в 1 иперенесенная в таблицу 4
При наличии действительныхзначений этих показателей задаваемая по желанию студента модель автомобиля иусловия его использования могут быть любыми.
Теоретическую скорость uт определяем расчетом прикоэффициенте буксования d=0 на всех передачах и всех табличных значенияхчастоты вращения n.
Силу сопротивления воздуха Рw при табличных значенияхрасчетной скорости uт и заданной скорости uw встречного (+) илипопутного (-) ветра определяем по формуле
Рw = kw F (uт ± uw)2×10-3, (2.1)
где Рw – сила сопротивления воздуха, кН;
uт и uw — скорости автомобиля иветра, м/с;
kw – коэффициент обтекаемости, Н с2/м4;
согласно [1, с. 42] kw принимаем из интервалов:
— 0,20 – 0,35 – легковые автомобили;
— 0,45 – 0,55 – автобусы капотной компоновки;
— 0,35 – 0,45 – автобусы вагонной компоновки;
— 0,50 –0,70 – грузовые автомобили с бортовой платформой и самосвалы;
— 0,55 – 0,65 – автоцистерны;
— 0,50 – 0,60 – автофургоны;
— 0,85 – 0,95 – автопоезда;
— 0,15 – 0,20 – гоночные автомобили;
F – площадь лобового сопротивления, м2; согласно [1, с.42] определяем по формулам:
F = B Нг – грузовые автомобили с шириной колеи переднихколес В и габаритной высотой Нг, м2;
F = 0,8 B Нг – легковые автомобили с габаритной ширинойВг и габаритной высотой Нг, м2.
Рассчитанные по формуле (1.13) значения КПД трансмиссии hтр заносим в таблицу 4.
Полную окружную силу ведущих колес Рко определяем поформуле
Таблица 4 Расчетная динамическая характеристика снаряженного автомобиляпри факторе обтекаемости kwF=22 Н с2/м2 и скорости ветра uw=0м/сПередача n, об/мин Vt, км/ч Pw, кН Me, кНм Нтр Pко. кН Do Ne, кВт Gт. кг/ч Не Uтр 1 3240 12,21 0,038 0,309 0,85 26,15 0,62 105,09 29,95 0,29 48 3040 11,46 0,033 0,335 0,85 28,36 0,67 106,87 30,78 0,28 48 2840 10,71 0,029 0,357 0,85 30,21 0,72 106,40 30,96 0,28 48 2640 9,95 0,025 0,375 0,85 31,72 0,75 103,92 30,40 0,28 48 2440 9,20 0,022 0,389 0,84 32,87 0,78 99,69 29,31 0,28 48 2240 8,44 0,018 0,399 0,84 33,67 0,80 93,95 27,90 0,28 48 2040 7,69 0,015 0,406 0,84 34,10 0,81 86,94 26,34 0,27 48 2 3240 22,21 0,126 0,309 0,85 14,38 0,34 105,09 29,95 0,29 26,4 3040 20,84 0,111 0,335 0,85 15,60 0,37 106,87 30,78 0,28 26,4 2840 19,47 0,096 0,357 0,85 16,62 0,39 106,40 30,96 0,28 26,4 2640 18,10 0,083 0,375 0,85 17,45 0,41 103,92 30,40 0,28 26,4 2440 16,73 0,071 0,389 0,84 18,08 0,43 99,69 29,31 0,28 26,4 2240 15,35 0,060 0,399 0,84 18,52 0,44 93,95 27,90 0,28 26,4 2040 13,98 0,050 0,406 0,84 18,75 0,44 86,94 26,34 0,27 26,4 3 3240 39,62 0,400 0,309 0,85 8,06 0,18 105,09 29,95 0,29 14,8 3040 37,17 0,352 0,335 0,85 8,74 0,20 106,87 30,78 0,28 14,8 2840 34,72 0,307 0,357 0,85 9,32 0,21 106,40 30,96 0,28 14,8 2640 32,28 0,265 0,375 0,85 9,78 0,23 103,92 30,40 0,28 14,8 2440 29,83 0,227 0,389 0,84 10,14 0,23 99,69 29,31 0,28 14,8 2240 27,39 0,191 0,399 0,84 10,38 0,24 93,95 27,90 0,28 14,8 2040 24,94 0,158 0,406 0,84 10,51 0,25 86,94 26,34 0,27 14,8 4 3240 61,72 0,970 0,309 0,85 5,17 0,10 105,09 29,95 0,29 9,5 3040 57,91 0,854 0,335 0,85 5,61 0,11 106,87 30,78 0,28 9,5 2840 54,10 0,745 0,357 0,85 5,98 0,12 106,40 30,96 0,28 9,5 2640 50,29 0,644 0,375 0,85 6,28 0,13 103,92 30,40 0,28 9,5 2440 46,48 0,550 0,389 0,84 6,51 0,14 99,69 29,31 0,28 9,5 2240 42,67 0,464 0,399 0,84 6,66 0,15 93,95 27,90 0,28 9,5 2040 38,86 0,384 0,406 0,84 6,75 0,15 86,94 26,34 0,27 9,5 5 3240 90,90 2,104 0,309 0,85 3,51 0,03 105,09 29,95 0,29 6,45 3040 85,29 1,852 0,335 0,85 3,81 0,05 106,87 30,78 0,28 6,45 2840 79,68 1,617 0,357 0,85 4,06 0,06 106,40 30,96 0,28 6,45 2640 74,07 1,397 0,375 0,85 4,26 0,07 103,92 30,40 0,28 6,45 2440 68,46 1,193 0,389 0,84 4,42 0,08 99,69 29,31 0,28 6,45 2240 62,85 1,006 0,399 0,84 4,52 0,08 93,95 27,90 0,28 6,45 2040 57,23 0,834 0,406 0,84 4,58 0,09 86,94 26,34 0,27 6,45
/>, (2.2)
а динамический фактор автомобиля в снаряженном состоянии – поформуле
/>. (2.3)
Эффективный КПД двигателя можно выразить и рассчитать по формулепри Нu » 44 или 42,5 МДж/кг соответственно для бензинов идизельных топлив всех марок.
График коэффициента буксования d строим поориентировочным данным таблицы 5.
Таблица 5. Ориентировочные значения d при:
/> 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 d 0,003 0,008 0,018 0,034 0,053 0,083 0,126 0,216 0,414 1,0
График коэффициентов сцепления шин с сухим (juс), мокрым (juм), мокрым и загрязненным(juмз) дорожным покрытием рассчитываем по соотношениямтаблицы 6 с учетом экспериментальных данных Э.Г. Подлиха и заданного значения jос.=0,8
Таблица 6. Ориентировочные соотношения коэффициентов сцепленияVт. км/ч 10 80 100 φvc 0,8 0,8 0,416 0,4 φvm 0,536 0,536 0,28 0,264 φms 0,264 0,264 0,144 0,136
Графики Do = f (uт) на всех передачахпереднего хода у автомобилей с дизелями должны иметь регуляторные, а у грузовыхавтомобилей и автобусов с карбюраторными двигателями, — ограничительные «ветви»- наклонные прямые, плавно переходящие в кривые корректорных «ветвей», изображающихкратковременно допустимую перегрузку и начальный участок режима заглоханияперегруженного двигателя. Построение этих графиков по данным колонок uт и Dо втаблице 4 можно осуществлять в любой последовательности, но лучше начинать сноминальных значений (при Ne max), которые должны лежать на общейкасательной гиперболе, описывающей динамические возможности автомобиля с ДПМ(дизелем постоянной мощности). Автомобильные дизели с обычной (положительной)коррекцией цикловой подачи топлива и, тем более, «двухрежимные» (сотрицательной при больших и положительной при малых частотах n (скоростях uт) существенно отличаютсяот ДПМ в сторону меньшей приспособляемости к преодолению переменных дорожныхсопротивлений y.
Тягово-тормозной паспорт автомобиля на листе 2 формата А1 прощестроить последовательности:
— отступив от левого верхнего угла со стороной 841мм примерно на50мм вниз и вправо, начертить левый квадрат 250х250мм, центральный прямоугольник400х250 + 200 мм и правый прямоугольник 80х250 мм с общей верхней стороной730мм;
разделить левое и центральные поля будущих графиков квадратноймасштабной сеткой 50х50 мм, а правое поле — вертикалями через 20мм;
— нанести символы, значения и единицы измерения на шкалах:
d, Do, ju, y, l ® 0; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8;1,0;
jхт ® 0, 2, 4, 6, 8, м/с2 10;
/> ® 0; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8;1,0;
Sт 0,50; 100; 150; 200; 250; 300; 350м; 400;
Г ® 1, 2, 3, 4, 5;
uа ® 0, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35 м/с 40;
0, 18,36, 54, 72, 90, 108, 126 км/ч 144;
hе ® 0; 0,1; 0,2; 0,3; 0,4;
Nе ® 0, 50, 100, 150 кВт 200 (или иные значения,включающие Nе, max и удобные для отчета);
— повторить значения левой вертикальной шкалы на второй справа вертикальнойшкале (при Г = 1) и ее нижний интервал 0 — 0,2 разделить на десять интерваловпо 5 мм в каждом;
— разделить правую вертикальную шкалу (при Г = 5) на десять интерваловпо 25мм в каждом и их границы соединить лучами с границами тех же интервалов навторой справа вертикальной шкале; нанести символ и значения правой вертикальнойшкалы:
y ® 0, 0,02; 0,04; 0,06;…; 0,20;
— используя таблицу 2.1, построить на верхнем центральном полекривые Do = f(uт), а под ними на нижнем центральном поле; — кривые Nе = f(uт) и hе = f(uт) на всех передачахпереднего хода;
— используя таблицу 2.3, построить на верхнем центральном полекривые juс, juм и juмз = f(uт); соединить лучами«сеточные» значения скорости uа (5, 10, 15, 20, 25, 30, 35 м/с) с полюсом,имеющим координаты uт = 0, Do = 1,0, /> = 1 и Sт =0;
— используя таблицу 5, построить на левом поле кривую d = f/>; «сеточные» значения«второй» слева вертикальной шкалы, одинаковые со значениями 0,2; 0,4; 0,8; налевой шкале, соединить диагоналями с такими же значениями на верхней левойшкале, соединить диагоналями с такими же значениями на верхней левой шкале />, а лучами, — сполюсом в нижнем левом углу, имеющим координаты jхт = 10 м/с2и d,Do, ju, y, l = 0;
— используя данные технической характеристики, определить значениякоэффициента нормальной нагрузки ведущих колес неполноприводного автомобиля lо в снаряженном и lq в полностью груженомсостоянии, полученное значение lо в масштабе левой вертикальной шкалы отложить навторой справа вертикальной шкале (при Г = 1), а lq — на вертикальной шкале,проходящей через значение
Гq = 1 + />;
полученные точки соединить прямой линией;
— принимая удобные для отчета и построения графика значения дляотчета и построения графика значения Гi > Гq,рассчитать значения
/> (2.4)
и построить гиперболическую часть графика l = f(Г).
Графики jхт = f (ju, t), uат = f (jхт, t)и sтс = f (uат, t), характеризующие тормозную частьдинамического паспорта автомобиля, строим после графоаналитического определенияпоказателей эффективности автомобиля в тяговом режиме.
Графическое определение рабочей скорости и расчет показателейэффективности
Поскольку необходимое условие ускоренного и равномерного движениягруженого автомобиля имеет вид
/>, (2.5)
а графики Do = f (uт) рассчитаны и построеныпри Г=1, то при любых значениях Г > 1 значения динамического факторагруженого автомобиля по двигателю
/>, (2.15)
сравниваемые со значением коэффициента y, можно определить пографикам Do = f (uт), изменяя масштаб их ординат в Г раз. Множествотаких масштабов при фиксированных значениях y на правой шкале образуетлучи – линии одинаковых значений Dг = y при разных значениях Г.Поэтому известные значения Г и y, отмечаемые соответственно на верхней (или нижней)и правой шкалах входными стрелками и последующими пунктирными линиями повертикале и лучу до точки пересечения друг с другом, определяют ординату Dг,переносимую по горизонтальной пунктирной лини до пересечения с правой кривой Do= f (uт), и далее до правой шкалы левого поля. Эта точка на правой шкале(шкале времени в тормозной части паспорта) является первым «входом» Dгв график количественного учета буксования d = f (Dг/jul) в рабочей скорости uа. Еще два «входа» в этотграфик (lи juс, juм или juмз) определяютсяпроектированием по горизонталям точки пересечения вертикали Г с кривой l на правом поле точкипересечения графика juс, juм или juмз = f (uт)с пунктирной вертикалью,проходящей через точку пересечения пунктирной горизонтали Dг справой кривой Do = f (uт).
Таким образом, на правой шкале левого поля получается три входа вграфик количественного учета сомножителя (1 — d) в формуле (2.1). Этотсомножитель можно определить двойным графическим делением на левом поле:ординату Dг (делимое) спроектировать по горизонтали, а ординату ju (делитель) – по лучу,точку их пересечения спроектировать по вертикали на верхнюю шкалу, полученныйна ней промежуточный результат Dг/ju перенести подиагональной сетке на правую шкалу, полученную ординату спроектировать погоризонтали до пересечения с лучом из ординаты l, а точку их пересеченияспроектировать по вертикали до пересечения с кривой d. Эта точка делитпроходящую через нее единичную вертикаль на нижнюю d и верхнюю (1 — d) части. Графическоеумножение (1 — d) на значение uт, определенное аргументомточки пересечения правой (или любой) кривой Do с горизонталью ключапользования, обеспечивает лучевая номограмма в верхней части центрального поляскоростей. Луч, уходящий в полюс из найденного значения uт, аргументом точкипересечения с горизонталью, проходящей через значение d на кривой, определяетрабочую скорость uа, а проходящая через нее вертикаль – значения Neи hе на нижней части центрального поля. Следовательно, при известноймассе mг все показатели формулы (2.4) оказываются известными ипозволяют рассчитать значение КПД автомобиля hа и себестоимость егополезной работы Са по формуле (2.8). Однако до графическогоопределения рабочих скоростей и последующего расчета показателей эффективностинеобходимо конкретизировать условия автоперевозок и задать соответствующие имсостояния дорожного покрытия (juс, juм или juмз) и значения коэффициентовyи Г. Результаты такого графоаналитического прогноза эффективности автомобиляможно оформить таблицей 7.
Таблица 7 Прогноз эффективности автомобиляУсловия f i ψ Г λ Va φv ηe Ne Na ηa Ca 1 0,02 0,02 2 0,68 86 0,38 0,28 108 28,12 0,073 127,85 2 0,019 0,01 0,02 2,4 0,75 78 0,24 0,275 106 26,81 0,066 122,35 3 0,008 0,012 0,02 3 0,67 66 0,12 0,27 98 22,90 0,059 121,81
В строке 1 условия перевозок можно принять наиболее благоприятными(y= f £ 0,02, Г = Гq и j = juс), в строке 2 вместо i =0 imax, а в строке 3 экстремальными, но обеспечивающими условие. Приэтом ключ пользования на листе 2 можно изобразить стрелками и пунктирнымилиниями только для одного, наиболее важного варианта, обоснованного текстовойчастью.
Значения экономических и эксплуатационных показателей (Цтм,а, Ба, Зот, Па, g, L, b) можно принятьориентировочными, в том числе а » 0,4, Па = 0, g = b = 1 и j = 0.
3. Оценка динамичности автомобиля
Расчет, построение и анализ характеристик разгона
При заданных значениях коэффициентов Г и y текущие значениямаксимально возможных ускорений j = f(uт) на всех передачах прощеопределять расчетом по формуле
/> (3.1)
после расчета значений коэффициента dвр.
Для расчета текущих значений Dг, входящих в уравнениедвижения (3.1), достаточно переписать значения Dо из таблицы 4 втаблицу 8 и разделить их согласно (2.15) на заданное значение коэффициентанормальной загрузки автомобиля или автопоезда Г.
Текущие значения теоретической скорости uт, соответствующие текущимзначениям Dо, Dг и j, тоже надо переписать из таблицы 2.1в таблицу 3.1 и использовать их при построении графика ускорений j = f(uт) на листе миллиметровойбумаги формата А 4. После этого время tp и путь spразгона можно определить графоаналитическим методом Е.А. Чудакова и Н.А.Яковлева.
Если частьшкалы скорости uт для каждой передачи разделить на n = 5 –7 удобных для отсчета одинаковых интервалов
/>un = un — un-1 (3.2)
со среднимизначениями скорости
un ср = 0,5 (un-1 +un), (3.3)
то в каждом интервале и на всех передачах можно графическиопределить
средниеускорения
jn, ср= 0,5 (jn-1 + jn), (3.4)
а такжевремя разгона
/> (3.5)
и путьразгона
/>Sn =un-1×/>+ 0,5 jn, ср/>2 = un ср×/>. (3.6)
Таблица.Результаты графоаналитического определения характеристик разгона автомобиляЗИЛ-431410 при Г =2,4, y = 0,02.Передача Uk δвр Do Dг i Vт in iср ∆tn Vn ср ∆Sn 1 7,44 3,25 0,62 0,26 0,72 12,21 0,72 0,72 0,53 12,21 6,43 7,44 3,25 0,67 0,28 0,78 11,46 0,78 0,75 1,01 11,84 11,91 7,44 3,25 0,72 0,30 0,84 10,71 0,84 0,81 0,93 11,08 10,32 7,44 3,25 0,75 0,31 0,88 9,95 0,88 0,86 0,88 10,33 9,06 7,44 3,25 0,78 0,32 0,92 9,20 0,92 0,90 0,84 9,58 8,02 7,44 3,25 0,80 0,33 0,94 8,44 0,94 0,93 0,81 8,82 7,16 7,44 3,25 0,81 0,34 0,95 7,69 0,95 0,95 0,40 8,07 3,21 2 4,1 1,71 0,34 0,14 0,69 22,21 0,69 0,69 0,99 22,21 22,02 4,1 1,71 0,37 0,15 0,76 20,84 0,76 0,73 1,89 21,52 40,63 4,1 1,71 0,39 0,16 0,82 19,47 0,82 0,79 1,73 20,15 34,96 4,1 1,71 0,41 0,17 0,87 18,10 0,87 0,84 1,63 18,78 30,53 4,1 1,71 0,43 0,18 0,90 16,73 0,90 0,89 1,55 17,41 26,96 4,1 1,71 0,44 0,18 0,93 15,35 0,93 0,92 1,50 16,04 24,00 4,1 1,71 0,44 0,18 0,94 13,98 0,94 0,94 0,73 14,67 10,74 3 2,29 1,25 0,18 0,08 0,44 39,62 0,44 0,44 2,80 39,62 110,93 2,29 1,25 0,20 0,08 0,49 37,17 0,49 0,46 5,26 38,39 201,96 2,29 1,25 0,21 0,09 0,54 34,72 0,54 0,52 4,73 35,95 170,02 2,29 1,25 0,23 0,09 0,58 32,28 0,58 0,56 4,36 33,50 146,15 2,29 1,25 0,23 0,10 0,61 29,83 0,61 0,60 4,11 31,06 127,55 2,29 1,25 0,24 0,10 0,63 27,39 0,63 0,62 3,93 28,61 112,57 2,29 1,25 0,25 0,10 0,65 24,94 0,65 0,64 1,91 26,17 50,09 4 1,47 1,13 0,10 0,04 0,19 61,72 0,19 0,19 10,17 61,72 627,45 1,47 1,13 0,11 0,05 0,23 57,91 0,23 0,21 18,04 59,81 1079,27 1,47 1,13 0,12 0,05 0,28 54,10 0,28 0,26 14,92 56,00 835,47 1,47 1,13 0,13 0,06 0,31 50,29 0,31 0,29 13,00 52,19 678,63 1,47 1,13 0,14 0,06 0,34 46,48 0,34 0,32 11,76 48,38 568,92 1,47 1,13 0,15 0,06 0,36 42,67 0,36 0,35 10,94 44,57 487,57 1,47 1,13 0,15 0,06 0,37 38,86 0,37 0,37 5,21 40,76 212,27 5 1 1,08 0,03 0,01 -0,06 90,90 -0,06 -0,06 0,00 90,90 0,00 1 1,08 0,05 0,02 -0,01 85,29 -0,01 -0,03 0,00 88,10 0,00 1 1,08 0,06 0,02 0,04 79,68 0,04 0,02 355,85 82,48 29351,69 1 1,08 0,07 0,03 0,08 74,07 0,08 0,06 99,42 76,87 7642,82 1 1,08 0,08 0,03 0,11 68,46 0,11 0,09 61,38 71,26 4374,12 1 1,08 0,08 0,03 0,13 62,85 0,13 0,12 46,50 65,65 3052,95 1 1,08 0,09 0,04 0,15 57,23 0,15 0,14 19,47 60,04 1168,72
Тогдарасчетное время разгона
tp= />1+ />2+ … + />, (3.7)
а расчетныйпуть разгона
Sp=/>S1+ />S2+ …+ />Sn. (3.8)
Однако вполученных расчетных значениях времени tp и пути Sp разгонане учтены время и путь трогания с места при убывающей пробуксовке дисковсцепления, а также время и путь движения «накатом по инерции» при переключениипередачи. Эти «потери времени и пути» количественно мало значимы, ноих качественная сторона определяет операторское мастерство водителя и еговлияние на основные свойства автомобиля, прежде всего проходимость,безотказность и долговечность.
Расчет,построение и анализ характеристик обгона
При движенииобгоняющего 1 (рис. 3.2), обгоняемого 2 и встречного 3 автомобилей спостоянными скоростями u1,=20м/с, u2=15м/си u3=19м/с соответственно свободное расстояние на встречнойполосе, необходимое для завершенного обгона, определяем по формуле:
/>, (3.9)
где Sсв,Sоб и Sз – соответственно расстояние свободное, обгона ипроходимое встречным автомобилем за время обгона, м;
L1=5иL2=5– габаритная длина соответсвенно обгоняющего и обгоняемогоавтомобилей, м;
D1и D2 – дистанции безопасности соответственно в начале и концезавершенного обгона, м.
«Согласноимеющимся данным, первая дистанция безопасности может быть представлена в видефункции скорости обгоняющего автомобиля
D1= аоб u12 + 4, (3.10)
D1=216м.
а вторая – ввиде функции скорости обгоняемого автомобиля
D2= воб u22 + 4, (3.11)
D2=112м.
где аоби воб – эмпирические коэффициенты, зависимые от типа обгоняемогоавтомобиля (таблица 9).
Таблица 9.Значения коэффициентов аоб и вобАвтомобили
аоб
воб
Легковые
Грузовые средней грузоподъемности
Грузовые большой грузоподъемности и автопоезда
0,33
0,53
0,76
0,26
0,48
0,67
Втораядистанция короче первой, так как водитель обгоняющего автомобиля стремится быстреевозвратиться на свою полосу движения и иногда „срезает угол“, а также»вклинивается" в дистанцию D3 между движущимися впереди«лидером», заменяя опасность встречного столкновения двумя попутными– спереди и сзади. На скоростных магистралях подобные попутные столкновения,обусловленные аварийным завершением обгона, иногда переходят во встречные сдесятками и даже сотнями участников. Поэтому опытные водители вместо опасногои, тем более аварийного завершения обгона не начинают или прекращают его, возвращаясьна свою полосу движения не спереди, а сзади обгоняемого транспортного средства.Такой маневр, называемый незавершенным обгоном, можно разделить на трискоростных и временно-путевых этапа:
1. Выезд на встречнуюполосу и движение по ней со скоростью u1 за времяt' на пути обгона:
/>, (3.12)
где е –переднегабаритное опережение (+), e=4 м.
t’=45,0c.
S’1=900,0м.
2. Замедление до скорости
/>= /> - j1 t'' (3.13)
n’1=10,2м.
ипропускание обгоняемого автомобиля вперед на пути отказа от завершения обгона
/>, (3.14)
где Кэ– коэффициент эффективности торможения; Кэ=1,2
/> - минимальноустойчивая скорость, согласно [, с. 53] />= 3-5 м/с.
S’’1=769,4м.
3. Возврат на свою полосудвижения со скоростью /> за время t''' на путивозврата
/>, (3.15)
где /> - путь,проходимый обгоняемым автомобилем за время
/>, (3.16)
t’’=5с.
/>; (3.17)
S’’2=75м.
D2– дистанция безопасности при отказе от завершения обгона и возврата на своюполосу из-за угрозы встречного столкновения;
D2» (15 – 20) м [, с. 54];
t'''– время возврата на свою полосу;
/>. (3.18)
t’’’=6,04с.
S’’’1=1537,2м.
При этомполный путь трехэтапного незавершенного обгона:
Sно=/>3206,6м. (3.19)
и его время
tно= t' + t'' + t''' =56,04с. (3.20)
вместе соскоростью u3 встречного автомобиля определяют минимальное свободноерасстояние
/>, (3.21)
необходимоедля осуществления этого сложного и опасного маневра.
S’св=4271,4м.
Анализ, построение и расчет тормозной диаграммы
При заданном значении начальной скорости uа=72км/ч тормознуюдиаграмму рассчитываем и строим в последовательности:
- используяграфики juс, juм и juмз на листе 2, определяемметодом ординат с шагом 5 км/ч средние значения коэффициентов сцепления jс, jм и jмз в интервале скоростей отнуля до заданной uа;
- выбираемзначение времени реакции водителя tр из ряда tр = (0,6;0,8; 1,0; 1,2 или 1,4) с, дифференцированного ВНИИСЭ;
- принимаемдопустимое ГОСТ Р 51709 – 2001 время срабатывания рабочей тормозной системы(РТС) tср и делим его на время запаздывания tс = (0,1 –0,2)с (РТС с гидроприводом) или tс = (0,4 – 0,5)с (РТС спневмоприводом) и время нарастания земедления tн=tср-tс;
- определяемостановочное время на мокром и загрязненном покрытии по формуле
tомз=tр+tс+0,5tн+uа/gjмз (3.22)
и с учетом полученного значения составляем таблицу 10 для трехвариантов тормозной диаграммы – при средних значениях jс, jм и jмз;
Таблица 10. Расчетные тормозные диаграммыМ.-З. t φмз φм φс Мокр. t Сухое t імз Va Sмз ім Va Sм іс Va Sc 72 72 72 0,6 72 12,0 72 12 72 12 0,6 0,6 0,2 72 16,0 72 16 72 16 0,2 0,2 0,4 1,96 71,61 20,0 3,16 71,4 20,0 4,33 71,13 19,95 0,4 0,4 2 1,96 62 42,0 3,16 65,0 29,0 4,33 60 33,00 1 1 4 1,96 48 62,0 3,16 50,0 36,0 4,33 42 38,80 2 2 6 1,96 32 85,0 3,16 35,0 40,8 24 42 3 3 8 1,96 12 108,3 3,16 25,0 56,0 4 11,20 112,0 65,1 48,51 6,52 4,85
- определяемостановочный путь на мокром и загрязненном покрытии по формуле:
sомз=(tр+tс+0,5tн)uа+uа2/gjмз (3.23)
и установившиеся замедления jуст по формуле (3.49) при jх = jмз и Кэ = 1; jх = jм и Кэ min, jх = jс и Кэ mах;
— на листе миллиметровой бумаги формата А 4 на расстоянии около100 мм от верхнего края проводим горизонтальную шкалу времени t и вертикальныешкалы j (верхнюю), u и s (нижние), выбираем удобные масштабы и строимграфики jс (t), jм (t) и jмз (t), ограничив ихзначениями остановочного времени tос, tоми tомз, и приняв линейную зависимость нарастания от нуля до jуств интервале времени tн;
- определяемскорости uн в конце нарастания замедлений по формуле
uн=uа–0,5jустtн (3.24)
при jуст = jс, jм и jмз,откладываем полученные значения на вертикали, проходящей через конец интервалаtн, полученные точки соединяем плавными кривыми с горизонталью uа и расходящимися лучами сточками tомз, tом и Ошибка! Ошибка связи. нагоризонтальной шкале t;
— определяем прямолинейнуючасть графика пути за время реакции водителя и запаздывания РТС
sрс=uа(tр+tc) (3.25)
и его криволинейные приращения за время нарастания замедления
/>sн=0,5uнtн=0,5tн(uа–0,5jустtн)(3.26)
строим прямолинейно-криволинейное начало «веера»остановочных путей:
— определяем по графикам средние значения скоростей в секундных интервалахвремени tуcт, полученные значения заносим в таблицу 3.4 и складываемкак секундные приращения />sмз, />sм и
/>sс=uа(t) с предыдущимизначениями sмз, sм и sс в колонках таблицы 10;по полученным значениям строим параболическую часть графиков остановочныхпутей;
- изостановочного пути sос определяем тормозной путь:
sт=sос-uаtp (3.27)
Sт=68,84081633
и сравниваем его с расчетным тормозным путем по приложению Д ГОСТ Р51709 – 2001:
/>, (3.28)
где sт – тормозной путь, м;
uо – начальная скорость торможенияавтотранспортного средства (АТС), км/ч;
jуст – установившееся замедление согласно таблице Д 1,м/с2;
А – коэффициент, характеризующий время срабатывания тормознойсистемы, принимаемой из таблицы Д 1.
Таблица Д 1. ГОСТ Р 51709 – 2001АТС
Категория АТС
(тягач в составе автопоезда)
Исходные данные для расчета норматива тормозного пути sт АТС в снаряженном состоянии А
jуст, м/с2 Пассажирские и грузопассажирские автомобили
М1 0,10 5,8
М2, М3 0,10 5,0 Легковые автомобили с прицепом
М1 0,10 5,8 Грузовые автомобили
N1, N2, N3 0,15 5,0 Грузовые автомобили с прицепом (полуприцепом)
N1, N2, N3 0,18 5,0
Sт=56,82м.
Однозначная количественнаяоценка долями единицы операторского мастерства водителя, конструктивногосовершенства автомобиля и транспортно-эксплуатационных свойств дороги можетбыть получена из экспериментальных тормозных диаграмм. Графоаналитическийвариант такой диаграммы, показанный на тягово-тормозном паспорте (см. рисунок2.1), строим в последовательности:
- на нижней левой шкале откладываем значениеg=9,8м/с2, переносим его на верхнюю левую шкалу и соединяемдиагональной линией g с началом координат (Dо=0, jхт=0, uа=0, sт=0) тормозной «части»динамического паспорта;
- используя значения остановочного времени tо,выбираем удобный масштаб, например с/см, и наносим на вторую слева шкалу значениявремени торможения
t ® 0, 2, 4, 6, 8 с 10 или 0, 5, 10, 20 с 25;
- учитывая высокую чувствительностьорганизмом человека низкочастотных колебаний скорости продольных замедлений(ускорений) d jx/d t, приспособленность правой ноги к малым частотам(1,7 – 2,5 Гц) и ограниченную скорость срабатывания тормозной системы,принимаем минимальную частоту импульсов 1Гц;
- считая все значения коэффициентовсцепления juс реализованными при блокировке колес после«клевка», а не максимальными при коэффициенте юза sкр,принимаем постоянные «размахи»
/>juс = ju, max-juс£0,2 (3.29)
/>jх = />juс g £ 2 м/с2;
- на шкале скоростей откладываем начальнуюскорость uао, проектируем ее значение по вертикали до пересечения скривой juс, полученную точку пересечения проектируем по горизонтали допересечения с g, а полученную на ней точку проектируем по вертикали допересечения с линией нарастания замедления и шкальной jхтсоответствует реализованному при юзе значению коэффициента сцепления juс при начальной скорости uа исогласно (3.61) может быть увеличено до максимального при />jхт//>t=0 и уменьшенодо минимального на ту же величину /> jхт при />jхт//>t=0 в точкекасания с вертикальной линией проектирования произведения juсg на шкалу jхт;
- определяем из построенного графика первогоодносекундного «клевка» среднее значение замедления
/> (3.30)
и уменьшаем скорость uао на величину
/>u1 = j1,ср/>t1 (3.31)
отложенную на горизонтали,уходящей вправо из j1, min до пересечения с вертикалью, проведеннойчерез значение начальной скорости uао,
— полученное значениескорости uа1 в конце первого «клевка»
uа1 = uао — />u1
считаем начальным, по немуграфически определяем значение реализованного при юзе коэффициента сцепления juс и соответствующего ему замедления j2, ср иуменьшения скорости />u2.
При выбранной частотеимпульсов («клевков») 1 Гц начальная скорость перед торможением
uа= />uа =/>
удобно делится на nуменьшений />uа последовательно определяемых как средние замедления jсрв интервалах времени />t=1с.
Текущие приращенияостановочного sос и тормозного sтс путей />s определяем
графически как половинысредних значений скорости uа,ср в полусекундныхинтервалах />t.
Построение графиков j(t), uа(t) и sт(t) при других состояниях дороги, характеризуемыхкоэффициентами сцепления juм и juмз,аналогично.