МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ ТА НАУКИ УКРАЇНИ
АВТОМОБІЛЬНО-ДОРОЖНИЙ ІНСТИТУТ
ДЕРЖАВНОГО ВИЩОГО НАВЧАЛЬНОГО ЗАКЛАДУ
“ДОНЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСІТЕТ”
Факультет: “Транспортні технології”
Кафедра: “Автомобілі та двигуни”
КУРСОВА РОБОТА
Тема:
“Тяговий розрахунок і розрахунок паливно-економічної характеристики автотранспортного засобу”
Виконав:
cт – т групи ОПУТ – 07б
Хрипуненко Г.В.
Перевірив: Супрун В.Л.
Горлівка 2009 р.
РЕФЕРАТ
Об’єктом проектування виступає автобус.
Мета роботи: на основі вихідних даних спроектувати автобус, виконавши проектувальний тяговий розрахунок, розрахунок ПЕХ. Побудувати графіки характеристик тягового розрахунку.
АВТОБУС, КАРБЮРАТОРНИЙ ДВИГУН, ТЯГОВИЙ РОЗРАХУНОК, РОЗРАХУНОК ПАЛИВНО-ЕКОНОМІЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК, ПЕРЕДАТОЧНЕ ЧИСЛО, РОЗДАТОЧНА КОРОБКА, ЗВИЧАЙНА ПРОХІДНІСТЬ.
ВИХІДНІ ДАНІ
Варіант
Вихідні дані до виконання проектувального розрахунку вибираємо по першій літері прізвища та останній цифрі шифру залікової книжки:
– тип автомобіля– автобус;
– тип двигуна– карбюраторний двигун;
– тип прохідності – звичайна;
– пасажироміскість – 45 чол;
– максимальна швидкість руху υmax= 40 м/с;
коефіцієнт сумарного опору дороги на максимальній швидкості руху ψmax= 0,4.
Максимальний сумарний коефіцієнт опору дороги ψv=0,029.
ЗМІСТ
Вступ
Проектувальний тяговий розрахунок
1.1 Вибір прототипу
1.2 Компоновочна схема автомобіля
1.3 Побудова зовнішньої швидкісної характеристики
1.4 Побудова графіка силового балансу
1.5 Побудова графіка динамічної характеристики
1.6 Побудова графіка прискорень
1.7 Побудова графіка величин, зворотних прискоренням
1.8 Побудова графіків часу та шляху розгону АТЗ
1.9 Побудова графіка потужносного балансу
1.10 Побудова графіка паливно — економічної характеристики
Висновок
Література
ВСТУП
У теперішній час, коли неможливо з певністю казати, що автомобілебудування України знаходиться на висоті, більш гострим стає питання о створенні зовсім нових і більш досконалих автомобілів і їх конструкцій. Необхідно заповнювати пробіли у автотранспорті, незаповнені до цих пір. Також, необхідний більш глибокий аналіз пересування кількості пасажирів у легкових автомобілях. Необхідно вдосконалювати вузли, механізми конструкції автомобілів з метою зменшення їх металоємкості, енергоємності та ціни, що призведе до підвищення економічності та зниженню собівартості автомобілів. Таким чином даний курсовий проект направлений на досягнення поліпшення безпеки дорожнього руху автомобіля, підвищення техніко — економічних показників, підвищення приємистості автомобіля, комфорту керування в міських умовах руху.
1. Проектувальний тяговий розрахунок
Вибір прототипу
У зв’язку з тим, що проектувальний розрахунок, як правило, виконується, коли ще не виконана конструкторська проробка АТЗ який проектується, виникає необхідність у попередньому виборі окремих конструктивних параметрів. До них відносяться: габаритні розміри, компоновочна схема трансмісії, радіус коліс та ін.
Для вибору цих параметрів проектувальник орієнтується на вже існуючі конструкції, аналогічні по пасажироміскості. Згідно з цими параметрами, проектувальник обирає автобус. При цьому «прототип» розуміється не як одна фіксована для розрахунку модель, а можливо і декілька різних моделей, окремі параметри яких близькі до аналогічних параметрів АТЗ, який проектується. Далі конструктивні параметри «прототипу» використовуються проектувальником у розрахунку. Слід відмітити, що конструктивні параметри «прототипу» як правило, змінюються з урахуванням задач удосконалення конструкції АТЗ, який проектується. Іншими словами, габаритні розміри, власна маса. Параметри АТЗ, який проектується відрізняються від аналогічних параметрів «прототипу». В результаті аналізу існуючих конструкцій із позиції вихідних даних обираємо автомобіль Икарус — 256 і розробляємо компоновочну схему АТЗ, який проектуємо (див. рисунок 1.2).
Компоновочна схема автомобіля
При проектуванні нового автомобіля вносимо компоновочні и конструктивні зміни в конструкцію прототипу без зміни базових розмірів.
Табл. 1. — Зрівнювальна характеристика автомобілів
Показники
Икарус — 256
Проектуємий
1. Маса автомобіля
14800
12291
2. Потужність д.в.с. max
192
440,4 кВт
3. Max швидкість м/с
100
40
4.Коефіцієнт сумарного опору дороги />
0,029
0.029
Побудова зовнішньої швидкісної характеристики двигуна проектованого АТЗ--PAGE_BREAK--
На основі вихідних даних визначається потужність двигуна при максимальній швидкості руху за рівнянням потужносного балансу АТЗ:
/>/>, (1.1)
де />– потужність двигуна при максимальній швидкості руху, кВт;
Ga – повна маса АТЗ, кг;
g – прискорення сили тяжіння м/с2;
ψV– коефіцієнт сумарного опору дороги при максимальній швидкості ψV = 0,029.
Vmax– максимальна швидкість руху АТЗ м/с;
Кп – коефіцієнт опору повітряного середовища />;
F – лобова площа АТЗ, м2;
ηтр– коефіцієнт корисної дії трансмісії.
Повна маса вантажного автомобіля визначається по залежності:
/>(1.2)
де />– власна маса проектованого АТЗ:
де />– маса прототипу />
Так як ми маємо карбюраторний двигун, власна маса проектованого АТЗ зменшується на 15%.
Ця величина дорівнює 2229 кг.
/>;
n – пасажиромісткість n=45 чол.
/>— вага одного пасажира />(вибираємо для більш максимальної загрузки />);
/>.
При проектуванні АТЗ рекомендовано брати наступні значенняηтр=0,90.
/>
де /> — коефіцієнт опору повітряного середовища;
Лобова площа проектованого АТЗ підраховується за наступною емпіричною формулою:
/>, (1.3)
де />–ширина колії проектованого АТЗ, />;
/>– габаритна висота проектованого АТЗ, />.
/>.
/>.
Максимальна потужність Nе maxдвигуна проектованого АТЗ можна знайти по величині потужності Nе V, яка необхідна для руху проектованого АТЗ з заданою максимальною швидкістю.
Загальне рівняння кривої Nе=f(nk) ЗШХ двигуна внутрішнього згоряння з достатнім ступенем влучності відбивається формулою Р.С. Лейдермана:
/>, (1.4)
де Ne, nk – відповідно потужність двигуна, кВт и частота обертання колінчатого вала двигуна, хв–1, для вільної точки кривої;
nN – частота обертання колінчатого вала двигуна, хв–1 при максимальній потужності;
a, b, c – коефіцієнти формули Лейдермана (а=1; b=1; c=1).
Величинами nN та nminсліду задатися, обґрунтувавши їх виходячи з тенденції розвитку сучасних двигунів внутрішнього згоряння. Рекомендується частоту обертання колінчатого вала двигуна проектованого АТЗ вибирати в наступних межах: для автобуса nN =3000…4000 хв –1.
Для двигунів з обмежувачем числа оборотів з метою забезпечення приємистості АТЗ, який проектують потужність двигуна при частоті обертання nkогр колінчатого вала на 20 – 30 % більше ніж потужність при максимальній швидкості тобто:
/>, (1.5)
/>.
Для зменшення зносу деталей двигуна витримують наступне співвідношення:
/>, (1.6)
/>
Приймаємо />
/>.
Рекомендується при розрахунках приймати наступні коефіцієнти Лейдермана:
/>
По рівнянню Р.С. Лейдермана знаходимо максимальну потужність двигуна:
/>, (1.7)
/>.
По рівнянню (1.4) визначаємо координати шести-восьми точок ЗШХ двигуна Ne=f(nk), і по рівнянню:
/>; (1.8)
знаходимо значення обертаючого моменту двигуна.
/>.
Данні проведених розрахунків зводимо в таблицю 1.1.
Таблиця 1.1 Результати розрахунку ЗШХ.
n k(хвˉ¹) продолжение
--PAGE_BREAK--
1000
1500
2000
2500
3000
3200
3200
n k / n N
0,3125
0,46875
0,625
0,78125
0,9375
1
1
(n k / n N)²
0,0976562
0,2197263
0,390625
0,61035156
0,87891
1
1
(n k / n N)³
0,0305176
0,102997
0,244141
0,4768372
0,82397
1
1
/>
0,3796386
0,5854794
0,7714844
0,91776446
0,99243
1
1
Ne(кВт)
167,2
257,9
339,8
402,9
437,1
440,4
367
Mk(Нм)
1596,8
1642
1622,5
1539
1391,4
1314,3
1095,26
По даним таблиці 1.1 будуємо графік ЗШХ двигуна АТЗ, який проектують.
Побудова графіка силового (тягового) балансу
Рівняння силового балансу має вид:
/>, (1.9)
де />– тягова сила на ведучих колесах, Н;
/>– сила сумарного опору дороги, Н;
/>– сила опору повітряного середовища, Н;
/>– сила опору розгону, Н;
/>, (1.10)
де />– обертаючий момент двигуна Нм;
/>– передаточне число коробки передач; б
/>– передаточне число головної передачі АТЗ, який проектується;
uд– передатне число додаткової коробки;
/>– динамічний радіус колеса, м (в розрахунках приймають, що />).
/>.
Усі знайдені значення />занесемо в таблицю.
Підбираємо шину для автомобіля. Вибір здійснюємо по найбільш навантаженим колесам з урахуванням заданої максимальної швидкості по таблицям. Шину необхідно підбирати так, щоб додержуватися умови: допустиме навантаження на шину повинно бути більше або рівним навантаженню, яке припадає на найбільш навантажене колесо, і допустима швидкість шини повинна бути більше або дорівнювати максимально можливій для проектує мого АТЗ (11,00 R-20).
/>, (1.11)
де />– коефіцієнт сумарного опору дороги;
/>
В розрахунках приймаємо, що />, и величина його не залежить від швидкості руху АТЗ:
/>; (1.12)
/>
Значення цієї сили складається з відповідними значеннями />.
/>, (1.13)
де />– коефіцієнт, який ураховує вплив мас, що обертаються; продолжение
--PAGE_BREAK--
/>– прискорення АТЗ, м/с2.
Радіус колеса визначається розміром шин. Вибір шин робиться по найбільш навантаженим колесам із урахуванням максимальної швидкості:
/>, (1.14)
де />– передаточне число вищої передачі коробки передач АТЗ, який проектуємо.
/>.
При виконанні даного розрахунку рекомендується задавати передаточне число коробки передач на вищій передачі />=1.
Передаточне число коробки передач на першій передачі АТЗ звичайної прохідності визначається за умови подолання заданого максимального сумарного опору дороги і перевіряється на відсутність буксування ведучих коліс за умовою зчеплення шин з якісним дорожнім покриттям:
/>, (1.15)
/>(1.16)
де /> — коефіцієнт динамічного перерозподілу навантаження на ведучу вісь при максимальній силі тяги;
/>— статична вага, кг, що припадає на ведучу вісь АТЗ;
φх – коефіцієнт зчеплення шин ведучих коліс з дорогою, φх=0,7;
Передаточні числа проміжних передач коробки передач розподіляємо по закону геометричної прогресії:
/>, (1.17)
де />– передаточне число проміжної передачі коробки передач АТЗ, який проектується;
/>– номер передачі в коробці передач;
/>– число ступенів в коробці передач.
Береться рівним для автобуса />.
/>,
/>,
/>,
/>,
Швидкість АТС вираховуємо для кожної передачі та кожної, раніше прийнятої, частоти обертання колінчатого вала двигуна по формулі:
/>, (1.18)
/>.
Результати розрахунку заносимо в таблицю 1.2.
Таблиця 1.2 Результати розрахунку тягово-швидкісних властивостей АТЗ.
n k
1000
1500
2000
2500
3000
3200
3200
Mk
1596,8
1642
1622,5
1539
1391,4
1314,3
1095,26
Ne
167,2
257,9
339,8
402,9
437,1
440,4
367
Uкп1 =3,85
δ1=1,92
Va
3,25
4,87
6,48
8,1
9,72
10,37
Pт
46476,5
47792
47224,5
44794
40498,1
38254
31878,64 продолжение
--PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK--
0,0949
0,0879
0,0738
0,0526
0,0429
0,0291
ja
0,605
0,587
0,516
0,39
0,21
0,124
0,00092
1/ja
1,64
1,7
1,938
2,56
4,76
8,075
За даними таблиці 1.2 будуємо графік силового балансу АТЗ.
Побудова графіка динамічної характеристики
Динамічний фактор АТЗ знаходять по залежності:
/>. (1.21)
Залежність динамічного фактора />від швидкості />руху АТЗ називається динамічною характеристикою. Результати розрахунку динамічного фактора зведені в таблицю 1.2. і побудована динамічна характеристика АТЗ в системі координат />.
Динамічна характеристика дозволяє знаходить деякі оцінні показники тягово–швидкісних властивостей: граничні підйоми, що долає АТЗ на будь-якій передачі та при будь-якій швидкості в сталому режимі; максимальні швидкості руху АТЗ в заданих дорожніх умовах; зони сталої роботи двигуна на кожній передачі и др.
/>
Усе значення динамічного фактора />заносимо в таблицю 1.2. Рисунок 4.
Побудова графіка прискорень
Графік прискорені будується для всіх передач АТЗ, який проектується в системі координат />. Чисельні значення прискорень АТЗ находяться за формулою:
/>, (1.22)
де />– прискорення вільного падіння />
/>– коефіцієнт урахування впливу мас, що обертаються. Його значення може бути знайдено по залежності
/>, (1.23)
/>.
Результати розрахунків коефіцієнта урахування мас, що обертаються АТЗ зводимо в таблицю 1.6.1.
Таблиця 1.6.1. Значення коефіцієнтів урахування мас, що обертаються.
1 передача
2 передача
3 передача
4 передача
5 передача
/>
3,85
2,75
1,96
1,4
1
/>
1,92
1,5
1,27
1,16
1
/>
Результати розрахунку прискорень АТЗ заносимо в таблицю 1.2. і будуємо графік прискорень. Рисунок 5.
Побудова графіка величин, зворотних прискоренням
Графік величин, зворотних прискоренням, знаходимо для розрахунку и побудови графіків часу та шляху розгону. Він будується в системі
координат />по даним таблиці 1.2. Для кожного значення />знаходиться зворотна величина />и заноситься в таблицю 1.2. Рисунок 6.
Побудова графіків часу та шляху розгону
Графік будується в системі координат />, />методом інтегральних розрахунків на ЕРМ.
Результат розрахунків заносимо в таблицю 1.3 Додаток 1 та будуємо графік. Рисунок 7.
Графік шляху розгону АТЗ />будується шляхом складання площин між кривою />і віссю />які в масштабі визначають шлях />розгону АТЗ методом інтегральних розрахунків на ЕРМ.
Результати розрахунків заносимо в таблицю 1.3 та будуємо графік />Рисунок 8.
Таблиця 1.3. Результати розрахунків графіків часу і шляху розгону АТЗ. продолжение
--PAGE_BREAK--
Va
м/с
7,0
9,5
14,3
20,7
28,5
39
F
мм ²
273
197,6
424
771,75
1560
4777,5
∑F
мм ²
273
470,6
894,6
1666,4
3226,4
8003,9
tp
с
2,05
3,53
6,71
12,498
24,2
60,03
F
мм ²
225
318
1581
2274
6762
5610
∑F
мм ²
225
543
2124
4401
11163
16773
Sp
м
27,3
47,1
89,5
166,6
322,6
800,4
Побудова графіка потужносного балансу
Графік потужносного балансу являє собою суміщені графічні залежності />, />, />, />. Залежності />и />будуються для усіх передач в основній коробці. Рівняння потужносного балансу має вид:
/>, (1.24)
де />– потужність, підведена до ведучих коліс АТЗ, кВт;
/>– потужність, що витрачається на подолання дорожнього опору, кВт;
/>– потужність, що витрачається на подолання опору повітряного середовища, кВт;
/>– потужність, що витрачається на надання автомобілю прискорення.
Тягова потужність на ведучих колесах АТЗ визначається по залежності:
/>, (1.25)
/>.
Потужність, що витрачається на подолання опору дороги, розраховується по формулі:
/>, (1.26)
/>
При цьому слід мати на увазі, що залежність />, лінійна і проходить через початок координат. Тому для побудови графіка цієї залежності достатньо визначити координати однієї точки швидкості руху АТЗ.
Потужність, що витрачається, на подолання опору повітряного середовища визначається, по залежності:
/>, (1.27)
/>.
Кожне значення цієї потужності, складається з відповідним значенням потужності />. Результати розрахунків заносимо в таблицю 1.4 Додаток 1 та будуємо графік. Рисунок 9. З метою зменшення об’єму розрахунків графічні залежності />та />рекомендовано розраховувати не в точках, які відповідають прийнятим раніше оборотам на різних передачах, а прийняти для розрахунку значення швидкостей руху автомобіля, які кратні 5 м/с і останні три стовпця таблиці 1.4 розраховуємо саме для них.
Таблиця 1.4. Результати розрахунку графіка потужносного балансу АТЗ продолжение
--PAGE_BREAK--
n k
хвˉ¹
1000
1500
2000
2500
3000
3200
V1
м/с
3,25
4,87
6,48
8,1
9,72
10,37
V2
м/с
4,55
6,82
9,1
11,36
13,64
14,55
V3
м/с
6,37
9,6
12,8
15,9
19,13
20,4
V4
м/с
8,93
13,4
17,9
22,3
26,5
28,57
V5
м/с
12,5
18,75
25
31,25
37,5
40
Ne
кВт
167.2
257.9
339.8
402.9
437.1
440.1
Nk
кВт
150.48
232.1
305.8
362.6
393.4
396.1
V
м/с
5
10
15
25
30
35
Nв
кВт
0.375
3
10.125
24
46.875
81
Nд
кВт
17.34
34.68
52.02
69.36
86.69
104
Nв + Nд
кВт
17.71
37.68
62.145
93.36
133.6
185
1.10 Розрахунок паливно – економічної характеристики АТС
Побудова графіка паливно-економічної характеристики АТЗ, що проектуємо.
Паливно-економічна характеристика будується для вищої передачі в коробці передач і тієї маси автомобіля, для якої розраховано та побудовано графіки тягового розрахунку. продолжение
--PAGE_BREAK--
На графіці паливно-економічної характеристики рекомендується показувати три залежності/>, які відповідають трьом різним значенням сумарного коефіцієнта опору дороги ψu огинаючи криву, відповідаючу значенням ψ=0. При цьому значення ψ знаходяться по залежності:
ψ1= ψV= 0,029, (1.28)
ψ3= 0,8 Dmax=0,8·0,097=0,0776, (1.29)
/>, (1.30)
/>.
Отримані значення ψ краще округлити до ближчого значення динамічного фактора, отримані раніше для вищої передачі. Це необхідно для знаходження максимальних швидкостей руху АТЗ при прийнятих для розрахунку значений ψ.
/>, (1.31)
де />– шляхова витрата палива, />;
/>– питома витрата палива при nN,/>;
/>– коефіцієнт, що враховує залежність питомої витрати палива від навантаження двигуна.
/>– коефіцієнт, що враховує залежність питомої витрати палива від оборотів колінчатого вала;
/>– питома вага палива кг/л, для карбюраторів />.
Чисельні значення />знаходяться по залежності:
/>, (1.32)
де />– мінімальна питома вага палива, />.
Приймаємо для дизельного ДВС/>, тому що на потрібен більш економічний двигун.
/>.
Чисельні значення коефіцієнта />знаходять в залежності від типа двигуна. Для карбюраторного двигуна:
/>, (1.33)
де />– коефіцієнт використання потужності двигуна, що розраховується по залежності:
/>. (1.34)
В останньому співвідношенні опір дороги /> змінюється в залежності від ψ і знаходиться за формулами:
/>; (1.35)
/>; (1.36)
/>. (1.37)
Коефіцієнт />не залежить від типа двигуна та знаходиться по залежності:
/>, (1.38)
/>,
./>
Точки графічних залежностей ПЕХ, відповідні />(при повній подачі палива) будують для прийнятих раніше значений швидкостей, в цьому випадку двигун АТЗ, який проектується працює згідно ЗШХ і рівняння витрати палива приймає вигляд:
/>(1.39)
Таблиця 1.5. Результати розрахунку ПЕХ.
n k
хвˉ¹
1000
1500
2000
2500
3000
3200
Va
м/с
12,5
18,75
25
31,25
37,5
40
kоб
-
1,039
0,986
0,962
0,97
0,997
1,018
Pт
Н
12071,8
12413,5
12266,1
11634,8
10519
9936,1
Pп
Н
468,75
1054,7
1875
2929,7
4218,8
4800
φ1=φV=0,022
Pд
H
3467,81
Рд+Рп
H
3936,56
4522,5
5342,8
6397,5
7686,6
8267,8
U
-
0,326
0,364
0,436
0,549
0,731
0,832
ku
-
1,55
1,451
1,284
1,081
0,91
0,894
Qs
л/100км
89,034
90,815
92,609
94,14
97,863
105,62
φ2 = 0,042
Pд
H
6337,72
Рд+Рп
H
6806,47
7392,42
8212,72
9267,42
10556,52
11137,72
U
-
0,564
0,596
0,669
0,797
1
1,12
ku
-
1,05
1,02
0,95
0,893
1
1,17
Qs
л/100км
104,2
104,3
105,33
112,65
147,694
186,743
φ3 = 0,062
Pд
H
9279,38
Рд+Рп
H
9748,13
10334,1
11154,38
12209,1
13498,2
14079,4
U
-
0,808
0,832
0,909
1,049
1,283
1,417
ku
-
0,892
0,894
0,923
1,06
1,54
1,225
Qs
л/100км
126,779
127,831
138,986
176,161
290,83
246,386
φ=D
Qs
л/100км
176,01
171,759
165,588
158,372
147,169
141,94 продолжение
--PAGE_BREAK--
По результатам таблиці 1.5 будуємо графічні залежності ПЕХ Рисунок 10.
ВИСНОВОК
Проектувальний тяговий розрахунок є важливим елементом інженерної методики проектування АТЗ, який дозволяє оцінити його потенціальні властивості и дає змогу проаналізувати та оптимізувати показники експлуатаційних властивостей для різних умов експлуатації, змінюючи конструктивні параметри АТЗ.
В результаті проведеного тягового розрахунку проектує- мого автомобіля, були покрашені та збільшені показники надійності та підвищені показники безпеки руху. Проведемо зрівнювальну характеристику прототипу та автомобіля, який проектуємо в табл… 1.
ЛІТЕРАТУРА
1. Краткий автомобильний справочник НИИАТ – М.: Транспорт, 2003г. – 600 с.
2. Методичні вказівки по виконанню проектувального тягового розрахунку по дисциплінам «Теорія експлуатаційних властивостей транспортних засобів» та «Експлуатаційні властивості транспортних засобів», «АТР», «ОДР»/ Укл. В.Г. Цокур, В.В. Цокур, М.И. Загороднов – Горловка: АДИ ДонНТУ, 2001. – 32с.