--PAGE_BREAK--
2. Расчетное определение эксплуатационных свойств автомобиля
2.1Определение тягово-скоростных свойств автомобиля
На тягово-скоростные свойства автомобиля самое существенное влияние оказывают тип и мощность двигателя, тип трансмиссии (механическая или автоматическая), количество передач и численные значения передаточных чисел механической трансмиссии, ее КПД, колесная формула и конструкция шин, параметры обтекаемости и другие факторы. Показателями тягово-скоростных свойств автомобиля являются максимальная скорость, преодолеваемое суммарное дорожное сопротивление на первой передаче, время и путь разгона автомобиля до максимальной скорости.
При расчете тягово-скоростные свойства автомобиля и определение возможности его движения в заданных условиях (yи jх ) необходимо предварительно найти в литературе или рассчитать следующие параметры:
коэффициент полезного действия трансмиссии hтр;
фактор сопротивления воздуха Wв;
радиус колеса rd;
коэффициент учета вращающихся колес dвр;
распределение массы автомобиля по мостам и значение коэффициентов перераспределения нагрузки mpдля передней (mp1) и (mp2 ) задней осей.
Для определения эффективных значений момента и мощности в заданном диапазоне частоты вращения коленчатого вала ДВС можно воспользоваться либо реальной внешней скоростной характеристикой, полученной справочной литературы, либо рассчитать ее по формуле Лейдермана. При этом необходимо помнить, что дизель всегда работает с регулятором. Поэтому расчет внешней характеристики должен производиться в диапазоне частот вращения: (0,2-1,0) nN— для дизелей.
На внешней скоростной характеристике должны быть нанесены не только кривые Ne=f(no) и Me=f(no), но также No=f(no) и Mo=f(no).
Тягово-скоростные свойства рассчитывают для полностью груженого автомобиля. Расчет производится на ПК по программе. По результатам программы строятся графики.
2.2. Определение параметров автомобиля при подготовке исходных данных
2.2.1. Коэффициент полезного действия трансмиссии.
КПД трансмиссии можно рассчитать по формуле:
hтр=0,96k*0,97l*0,995m, (1)
где k– количество пар цилиндрических шестерен, участвующих в передаче крутящего момента от двигателя к ведущим колесам;
l— количество пар конических шестерен;
m– количество шарниров.
k=6;
l=3;
m=10;
hтр=0,966*0,973*0,99510=0.782*0,913*0,951=0,67
2.2.2. Фактор сопротивления воздуха.
Он определяется по формуле:
Wв=Kв*Fa, (2)
где Kв— коэффициент сопротивления воздуха;
Fa— площадь Миделева сечения автомобиля;
Kв=0,7 Нс2/м4 .
Фактор обтекаемости Wв количественно характеризует аэродинамические качества автомобиля и служит для определения сил и мощностей сопротивления воздуха.
Площадь Миделева сечения автомобиля, определяется по формуле:
Fa= Нг *Bг*KF, (3)
где Bг— габаритная ширина автомобиля;
Нг — габаритная высота автомобиля;
KF-коэффициент использования площади Миделя;
Bг=2м;
Нг=3,71м;
KF=0,8;
Fa=2*3,71*0,8=5,93 м2,
Wв=0,7*5,93=4,15 Нс2/м2,
2.2.3. Радиус колеса.
При анализе силовых и мощностных параметров взаимодействия колеса с опорной поверхностью необходимо пользоваться понятием динамического радиуса, который определяется по формуле:
rd=Дш/2-ВшD(1-l), (4)
где D— коэффициент широкопрофильности;
l— коэффициент радиальной деформации шин;
Bш-ширина профиля шины;
Дш -посадочный диаметр обода шины;
D=0,85;
l= 0,14;
Bш=0,390 м;
Дш=0,508 м;
rd=0,508/2+0,390*0,85(1-0,14)=0.539м.
2.2.4. Коэффициент учета вращающихся колес.
Этот коэффициент показывает, во сколько раз сила, необходимая для разгона с заданным ускорением как поступательно движущихся масса автомобиля, больше силы, необходимой для разгона только поступательно движущихся масс. Он рассчитывается по формуле:
dвр=1+m(Uk2t1+t2)/ma, (5)
t1=Im*Udk2* Uгп2*hтр/ ma* rd* rк , (6)
t2=åIк/ ma* rd* rк, (7)
где Im— момент инерции маховика двигателя, кгм2;
åIк— суммарный момент инерции всех колес автомобиля, кгм2;
ma— масса полностью груженного автомобиля;
m= ma;
ma=15320кг;
Передаточные числа коробки передач на различных передачах:
Uкп1=5,61; Uкп5=0,723;
Uкп2=2,98;
Uкп3=1,64;
Uкп4=1,0;
t1=0,04-0,06, t2=0,03-0,05. Меньшие значения относятся к более тяжлым автомобилям.
t1=0,04, t2=0,03.
dвр1=1+15320 ((5,61)2 *0,04+0,03)/ 15320=2,28,
dвр2=1+15320((2,98)2 *0,04+0,03)/ 15320=2,25,
dвр3=1+15320((1,64)2 *0,04+0,03)/ 15320=1,
dвр4=1+15320((1)2 *0,04+0,03)/ 15320=1,04,
dвр5=1+15320 ((0,723)2 *0,04+0,03)/ 15320=1,05,
2.2.5. Распределение массы автомобиля по мостам.
Распределение нагрузки по мостам от массы автомобиля необходимо знать для подбора шин и определения по их размерам радиусов колеса – кинематического и динамического. Для грузовых автомобилей распределение нагрузки между мостами зависит главным образом от того, на каких дорогах они будут эксплуатироваться. У автомобилей, предназначенных для движения по дорогам Iи IIкатегории, нагрузка, приходящаяся на задний ведущий мост, составляет (0,62-0,7)ma, а у автомобилей, предназначенных для движения по дорогам всех пяти категорий, кроме выполненных на шасси легковых автомобилей, составляет (0,7-0,75 т)ma. Нагрузка на ведущий мост тем больше, чем чаще придется двигаться автомобилю по дорогам низших категорий. Увеличение нагрузки улучшает проходимость автомобиля, а ее уменьшение повышает грузоподъемность.
mk1— масса, приходящаяся на передний мост;
mk2— масса, приходящаяся на задний мост;
mk1=4835 кг;
mk2=10485 кг;
Продольные координаты центра масс груженного автомобиля aи bпри известном распределении полной массы по мостам определяют по следующим зависимостям:
a= La* mk2/ ma, (8)
b= La* mk1/ ma, (9)
где La — база автомобиля;
La=4925 мм;
a=4925*10484/15320=3370мм,
b=4925*4835/15320=1554 мм,
Нормальные реакции дороги на колеса переднего (Rz1) и заднего (Rz2) мостов движущегося с ускорением автомобиля:
mp1= Rz1/ mk1*g, (10)
mp2= Rz2/ mk2*g, (11)
где mp1и mp2– коэффициенты перераспределения реакций соответственно переднего и заднего мостов.
mp1=1/(1+0,3*jх), (12)
mp2=1/(1-0,3*jх), (13)
где jх – коэффициент сцепления шин с дорогой.
Значения коэффициентов сцепления шин с дорогой:
1).Мокрая дорога с асфальтобетонным и цементобетонным покрытием:
jх =(0,35-0,45);
jх =0,4;
mp1=1/(1+0,3*0,4)=0,89,
mp2=1/(1-0,3*0,4)=1,14,
Нормальные реакции дороги на колеса переднего и заднего мостов, движущегося с ускорением автомобиля или в случае трогания находятся по следующим формулам:
Rz1= mp1* mk1*g, (14)
Rz2= mp2*mk2*g, (15)
Rz1= 0,89*4835*9,8=42170 Н,
Rz2=1,14*10485*9,8=117138 Н.
2). Дорога покрытая снегом (сухой):
jх =(0,2-0,3);
jх =0,2;
mp1=1/(1+0,3*0,2)=0,94,
mp2=1/(1-0,3*0,2)=1,06,
Rz1=0,94*4835*9,8=44540 Н,
Rz2= 1,06*10484*9,8=108907 Н.
Значение координаты масс груженого автомобиля по высоте:
hц=(0,3-0,35) La;
hц=0,35;
hц=0,35*4925=1723 мм.
2.3. Определение возможности движения автомобиля.
При анализе возможности движения автомобиля строят динамический паспорт автомобиля. Для этого к динамической характеристике достраивают номограмму нагрузок и график контроля буксирования. При этом заданными являются:
1) Уклон (подъем) дороги i(для определения коэффициента суммарного дорожного сопротивления y);
2) Тип и состояние дороги (для определения коэффициента сцепления шин с дорогой jх).
С учетом найденных значений по динамическому паспорт определяют передачу в КП и максимальную скорость, с которой порожний и полностью груженный автомобиль может (или не может) двигаться на подъем при полной подаче топлива для двух вариантов:
1) Дорога – мокрое асфальтобетонное шоссе; подъем 10%(i=0,1);
2) Дорога – снежный накат; подъем 10% (i=0,1).
2.3.1. Коэффициент суммарного дорожного сопротивления.
y=f*cosa±sina,
где f– коэффициент сопротивления качению эластичных шин автомобиля;
a— уклон ( подъем) дороги в градусах ({+}— подъем, {-}— уклон).
В задании мне дано y=0,36.
Принимая для малых углов уклона дороги cosa»1, коэффициент суммарного дорожного сопротивления рассчитывают по формуле:
y=f±sina= f±tg(tgb)=f±i,
На коэффициент сопротивления качению оказывают влияние различные факторы: тип и конструкция шин, ее техническое состояние, вертикальная нагрузка и горизонтальная реакция, тип и состояние дорожного покрытия, давление воздуха в шине и т.д. Считая техническое состояние хорошим, а давление воздуха соответствующим норме, при анализе тягово-скоростных свойств автомобиля учитывают влияние скорости движения на коэффициент сопротивления качению по формуле:
f= fo(1+V2а/1500), (16)
где Vа-скорость движения автомобиля, м/с;
fo-коэффициент сопротивления качения при малых скоростях;
Vа=80км/ч=22,21 м/с;
Для дороги с асфальто- и цементобетонным покрытием при fo=0,025:
f= 0,025*(1+(22,21)2/1500)=0,033, (17)
y=0,033+0,1=0,133 (18)
Для дороги укатанной снегом при fo=0,04:
f= 0,04*(1+(22,21)2/1500)=0,053, (19)
y=0,053+0,1=0,153, (20)
3. Анализ тормозных свойств автомобиля
Тормозная система обеспечивает служебное и экстренное (аварийное) торможение основной (рабочей) тормозной системой и непосредственным образом влияет на безопасность дорожного движения. Оценочные показатели тормозных свойств регламентированы для различных категорий автомобилей требованиями ГОСТ 25478-91 «Автотранспортные средства. Требования к техническому состоянию по условиям безопасности движения».
Основными показателями тормозных свойств являются установившееся замедление jусти путь торможения Sm. Установившееся замедление определяется выражением:
jуст=(jх* cosa+ f±i)*g, (21)
где g- ускорение свободного падения;
g=9,8 м/с2;
В случае экстренного торможения максимальное замедление может быть определено по упрощенной зависимости:
jуст max=jх*g, (22)
при jх=0,4:
jуст max=0,4*9,8=3,92, (23)
при jх=0,8:
jуст max=0,8*9,8=7,84, (24)
Значение тормозного пути рассчитывают по формуле:
ST=A*V+ V2/26 jуст, (25)
где V-начальная скорость торможения, км/ч;
А- коэффициент, характеризующий время срабатывания тормозных механизмов;
jх=0,4, A=0,16
V0=20(км/ч): ST=0,16*20+202/26*3,92=7,12 м,
V0=40(км/ч): ST=0,16*40+402/26*3,92=22,09 м,
V0=60(км/ч): ST=0,16*60+602/26*3,92=44,92 м,
V0=80(км/ч): ST=0,16*80+802/26*3,92=75,59 м,
V0=100(км/ч): ST=0,16*100+1002/26*3,92=114,12 м,
jх=0,8,A=0,16:
V0=20(км/ч): ST=0,16*20+202/26*7,84=5,16 м,
V0=40(км/ч): ST=0,16*40+402/26*7,84=14,24 м,
V0=60(км/ч): ST=0,16*60+602/26*7,84=27,26 м,
V0=80(км/ч): ST=0,16*80+802/26 *7,84= 44,19м,
V0=100(км/ч): ST=0,16*100+1002/26* 7,84= 65,06 м, продолжение
--PAGE_BREAK--
Таблица 1Значения тормозного пути автомобиля, м
Коэффициент сцепления
Начальная скорость торможения, км/ч
20
40
60
80
100
jх=0,4
7,12
22,09
44,92
75,59
114,12
jх=0,8
5,16
14,24
27,26
44,19
65,06
Рис. 2. Графики зависимости ST= f(V)
4. Устойчивость автомобиля
Оценочными показателями поперечной устойчивости автомобиля являются:
угол поперечного уклона дороги bпри котором автомобиль опрокинуться при прямолинейном движении. Этот угол находят из уравнения статистического равновесия автомобиля:
b=arctgB/2hц, (26)
где B— колея передних колес, м.
Отношение B/2hц— называют коэффициентом поперечной устойчивости автомобиля:
m= B/2hц,, (27)
m=2 /2*1,72=1,72,
b=arctg(1,72)=34,97, (28)
— критическая скорость движения автомобиля по опрокидыванию, которая определяется по формуле:
где R— радиус кривизны полотна дороги в плане, м;
R=40: Vоп= 76,8 км/ч,
R=60: Vоп= 94,1км/ч,
R=80: Vоп= 108,6км/ч,
R=100: Vоп= 121,5км/ч,
Таблица 2Значения критической скорости автомобиля по опрокидыванию
R, м
40
60
80
100
Vоп, км/ч
76,8
94,1
108,6
121,5
Критическую скорость автомобиля по заносу определяют при двух значениях коэффициента сцепления jх=0,4 и jх=0,8 различных значениях радиуса поворота по формуле:
jх=0,4
R=40: Vзан= 45 км/ч,
R=60: Vзан= 55,2 км/ч,
R=80: Vзан= 63,7 км/ч,
R=100: Vзан= 71,2 км/ч,
jх=0,8
R=40: Vзан= 63,7 км/ч,
R=60: Vзан= 78,07 км/ч,
R=80: Vзан= 90,15 км/ч,
R=100: Vзан= 100,8 км/ч,
Таблица 3Значения критической скорости по заносу
R, м
40
60
80
100
jх=0,4
45
55,2
63,7
71,2
jх=0,8
63,7
78,07
90,15
100,8
Рис. 3. Графики зависимости Vоп=f(R) и Vзан=f(R) при различных значениях jх
5. Управляемость автомобиля
Принципиальное различие между понятиями «управляемость» и «устойчивость» заключается в том, что устойчивость охватывает ряд свойств автомобиля, обеспечивающих его движение по заданной траектории без воздействия водителя, а управляемость определяется степенью соответствия траектории движения положению управляемых колес.
Основными показателями управляемости автомобиля являются: минимальный радиус поворота автомобиля Rэ, критическая скорость движения по управляемости (по боковому скольжению управляемых колес) Vупр.
Минимальный радиус поворота автомобиля с эластичными шинами определяется выражением:
Rэ=La/tg(Q-d1)+tgd2, (31)
где d1 и d2— углы увода колес соответственно передней и задней осей, град;
Q— максимальный средний угол поворота управляемых колес автомобиля, рад. Обычно Q=(0,62-0,7).
Значения углов увода d1 и d2зависят от конструкции шин и давления воздуха в них, боковых сил и других факторов. Экспериментально установлено, что .
d1=Pd1/åKув1, (32)
d2= Pd2/åKув2, (33)
где Pd1и Pd2– боковые силы, действующие на колеса переднего и заднего мостов (тележки), Н;
åKув1и åKув2 – суммарные коэффициенты сопротивления уводу колес переднего и заднего мостов, Н/град.
Боковые силы, действующие на колеса переднего и заднего мостов, при которых колеса катятся еще без бокового скольжения, определяют по формулам:
Pd1=0,4**jхmk1* g, (34)
Pd2=0,4*jх* mk2* g, (35)
Значения коэффициента сопротивления уводу Kуводного колеса находятся в пределах 300-600 Н/град для легковых автомобилей и 700-1200 Н/град – для грузовых и автобусов. Суммарные значения åKувдля колес переднего и заднего мостов (тележки) находят по формуле:
åKув=nk*Kув, (36)
где nk=6 – общее количество колес на переднем и заднем мосту автомобиля.
при Kув=1000 Н/град
åKув1=2*1000=2000 Н/град,
åKув2=4*1000=4000 Н/град,
При jх=0,8:
Pd1=0,4*0,8* 4835* 9,8=1515,5 Н,
Pd2=0,4*0,8* 10485 * 9,8=41101,2Н,
d1=1515,5/2000=70,
d2= 41101,2/4000=100,
Минимальный радиус поворота автомобиля с эластичными шинами определяется выражением:
Rэ=La/tg(Q-d1)+tgd2, (37)
При Q=:42
Rэ=4,9/(tg(42-70)+tg100)=10.8,
Радиус поворота автомобиля с абсолютно жестким в боковом направлении колесами по формуле :
R=La/tgQ, (38)
R=5,18/tg42=5,18/0,6745=12.3,
Сравним полученные значения R и Rэ:
Данный автомобиль обладаетдостаточнойповорачиваемостью, т. к. R>Rэ.
6. Топливная экономичность.
Топливная экономичность подвижного состава оценивается двумя группами измерителей. К первой группе относятся измерители топливной экономичности самого подвижного состава, ко второй группе — измерители топливной экономичности двигателя подвижного состава.
Измерителями первой группы являются расход топлива в литрах на единицу пробега подвижного состава (путевой расход топлива g, л/100 км, и расход топлива в граммах на единицу транспортной работы gр, г/т -км (пасс.-км).
Измерителями второй группы являются расход топлива в килограммах за час работы двигателя (часовой расход топлива) Gт, кг/ч, и удельный эффективный расход топлива в граммах на киловатт в час gе
г/(кВт-ч).
Рассмотрим указанные измерители топливной экономичности. Путевой расход топлива
(39)
где
Q
— общий расход топлива, л;S — пробег подвижного состава, км.
В этом выражении единицей пробега являются 100 км пути (принято для подвижного состава в России и многих европейскихстранах).
Путевой расход топлива не учитывает полезной работы подвижного состава, хотя и легко может быть определен. Так, например, подвижной состав, который перевозит груз, расходует больше топлива, чем подвижной состав без груза. Поэтому, согласно формуле, он оказывается менее экономичным по сравнению с подвижным составом, совершающим порожний рейс.
Расход топлива на единицу транспортной работы
(40)
где ρm— плотность топлива, кг/л; Gгр— количество перевезенного груза (пассажиров), кг (чел.); Sгр — пробег подвижного состав с грузом, км.
г/кВтч;
Расход топлива на единицу транспортной работы более правильно оценивает топливную экономичность подвижного состава. Однако практическое использование этого измерителя представляет определенную трудность вследствие того, что объем выполненной транспортной работы подвижным составом не всегда возможно точно определить.
Часовой расход топлива
(41)
где Т- время работы двигателя, ч
г/кВтч;
Удельный эффективный расход топлива
(42)
где N
е
— эффективная мощность двигателя, кВт.
С учетом значения удельного эффективного расхода топлива определим путевой расход топлива
(43)
В указанном выражении g
дан в г/(кВт ч); Nе— в кВт; ύ — в м/с.]
г/кВтч
Уравнение расхода топлива
Подставим найденное значение эффективной мощности двигателя в выражение путевого расхода топлива и получим уравнение расхода топлива подвижного состава:
(44)
В этих выражениях мощность дана в кВт; сила — в Н; скорость —в м/с.
Из уравнения расхода топлива следует, что путевой расход топлива зависит от топливной экономичности двигателя (g); технического состояния шасси (ηт); дороги (Рд); скорости движения и обтекаемости кузова (Рв), нагрузки и режима движения (Ри).
При использовании уравнения расхода топлива для определения путевого расхода топлива в различных дорожных условиях необходимо иметь зависимость удельного эффективного расхода топлива от степени использования мощности двигателя при различной угловой скорости коленчатого вала двигателя.
При увеличении степени использования мощности двигателя и уменьшении угловой скорости коленчатого вала удельный эффективный расход топлива уменьшается.
Возрастание удельного эффективного расхода топлива при малой степени использования мощности двигателя происходит вследствие уменьшения механического коэффициента полезного действия двигателя и ухудшения условий сгорания смеси в его цилиндрах.
Удельный эффективный расход топлива также несколько повышается при большой (близкой к полной) степени использования мощности из-за обогащения горючей смеси.
7. Измерители проходимости
Проходимость подвижного состава оценивается габаритными, тяговыми и опорно-сцепными параметрами и комплексным фактором проходимости.
продолжение
--PAGE_BREAK--