--PAGE_BREAK--
Определяем скорости движения автомобиля и тяговые усилия на ведущих колесах, соответствующие частотам вращения коленчатого вала двигателя и передаточным числам трансмиссии:
I-я передача :
;
.
Аналогично производим расчет для остальных частот вращения коленчатого вала двигателя и передаточных чисел трансмиссии. Полученные результаты заносим в таблицу.
Таблица 2 — Результаты расчета тяговой характеристики
автомобиля КрАЗ-65032-040
Рассчитываем сопротивление дороги, задавшись условиями:
, ;
, .
Силы сопротивления качению автомобиля:
;
.
Силы сопротивления подъему:
;
Силы сопротивления дороги:
;
.
Вычисляем силу сопротивления воздушной среды.
Лобовая площадь автомобиля:
.
Коэффициент обтекаемости автомобиля:
.
Находим значения силы сопротивления воздушной среды для стандартных скоростей по формуле
,
и заносим данные в таблицу.
Таблица 3 — Силы сопротивления воздушной среды на различных
скоростях движения автомобиля
Va = 3.6м/с
= 87.9 Н
Va = 7.2м/с
= 351.8Н
Va = 10.8м/с
= 791.5Н
Va = 14.4м/с
= 1407.2Н
Va = 18 м/с
= 2198.8Н
Va = 21.6 м/с
= 3196.3Н
Va = 25.2 м/с
= 4309.7Н
По данным таблиц 2 и 3 строим тяговую характеристику (рисунок 2).
По графику определяем: максимальная скорость автомобиля при дорожных условиях , не более 22,58 м/с (81,3 км/ч) на VIII-й передаче. При дорожных условиях , максимальная скорость автомобиля не более 4,8 м/с (17,3 км/ч) на IV-й передаче.
1.4 Динамический фактор и динамическая характеристика
Для сравнения динамичности автомобилей, имеющих различные массы академик Е.А. Чудаков, предложил пользоваться динамическим фактором
(22)
где D— динамический фактор.
Определив из уравнения
(22’)
разность и имея в виду, что , подставим ее в формулу (5)
(23)
Рисунок 2 – Тяговая характеристика автомобиля КрАЗ-65032-040
Из (23) следует, что динамический фактор представляет собой удельную силу тяги, идущую на преодоление силы суммарного сопротивления дороги и силы инерции . При установившемся движении (dV/dt = 0) динамический фактор равен коэффициенту суммарного сопротивления дороги
(24)
Динамический фактор обычно выражают правильной дробью, но можно выразить и в процентах. В последнем случае результат умножают на 100.
Зависимость динамического фактора от скорости при полном открытии дроссельной заслонки или при полной подаче топлива (дизель), представленную для всех передач, называют динамической характеристикой автомобиля.
Определение максимального подъема, преодолеваемого автомобилем. Выше указывалось, что максимальный подъем преодолевается автомобилем при установившейся скорости, раиной критической , и максимальном динамическом факторе Dmax. Подставив в (24) Dmax и получим тригонометрическое уравнение, решение которого даст значение
или .
Возведя в квадрат левую и правую части последнего уравнения, после преобразования получим тригонометрическое квадратное уравнение
. (25)
Его решение
. (26)
При небольших углах подъема можно принять, что , а Тогда
. (27)
Влияние полезной нагрузки на динамический фактор. Формула (22) определяет динамический фактор при полной нагрузке. Если полезная нагрузка уменьшится, то вес автомобиля Gx также уменьшится, а динамический фактор увеличится:
(22")
где Dx— новое значение динамического фактора, соответствующее другому весу автомобиля Gx. Формулу (22") можно преобразовать к виду
(28)
Таким образом, динамический фактор Dx при частичной полезной нагрузке прямо пропорционален динамическому фактору D и весу автомобиля при полной нагрузке и обратно пропорционален весу автомобиля при частичной нагрузке.
Рассчитываем силы сопротивления воздушной среды для вычисленных скоростей автомобиля на всех передачах переднего хода и определяем для каждого случая динамический фактор:
;
.
Определяем дорожные условия и :
, продолжение
--PAGE_BREAK--; ;
, ; .
Таблица 4 — Результаты расчета динамической характеристики
автомобиля КрАЗ-65053
продолжение
--PAGE_BREAK--
По данным таблицы строим динамическую характеристику автомобиля (рисунок 3).
Задача 1. Определение скорости установившегося движения и передачи, на которой возможно движение, при заданных дорожных условиях.
При дорожных условиях возможно движение автомобиля на VIII-й передаче со скоростью не более 24,15 м/с (86,94 км/ч).
При дорожных условиях возможно движение автомобиля на IV-й передаче со скоростью не более 5,8 м/с (20,88 км/ч).
Задача 2. Определение передачи и дорожных условий, при которых возможно движение со скоростью 60 км/ч.
При скорости 60 км/ч возможно движение на VII-й передаче при дорожных условиях и на VIII-й передаче при дорожных условиях .
Задача 3.Определение максимального подъема, преодолеваемого автомобилем на каждой из передач.
Вычисляем значение углов подъема для каждой передачи и заносим полученные данные в таблицу 5:
Передача
Dmax
, градусы
I
0,28
14,84
II
0,19
9,92
III
0,13
6,56
IV
0,092
4,4
V
0,08
3,71
VI
0,052
2,11
VII
0,034
1,08
VIII
0,021
0,34
Таблица 5 — Максимальные углы подъема, преодолеваемые автомобилем на каждой из передач
1.5 Ускорение, время и путь разгона
Ранее динамичность оценивалась в основном при установившемся движении. Однако, движение автомобиля в городе с постоянной скоростью составляет около 20… 40%, а движение накатом и торможение занимают 30… 40%.
Рисунок 3 – Динамическая характеристика автомобиля КрАЗ-65032-040
Ускорение. Его можно определить из уравнения (22') и (23): чем выше ускорение, тем больше при прочих равных условиях, средняя скорость. Чтобы выявить максимальные возможности автомобиля при разгоне, ускорения рассчитывают для горизонтальной дороги хорошего качества (). С учётом последнего замечания из (22') и (23) получим соответственно ускорения:
(29)
. (30)
Ускорения автомобиля прямо пропорциональны тяговому усилию на ведущих колесах (или динамическому фактору) и обратно пропорциональны силам сопротивления движению и коэффициенту учета вращающихся масс . Коэффициент больше на низших передачах, и поэтому снижение ускорений на этих передачах значительнее, чем на высших.
Зависимость ускорений от скорости автомобиля для всех передач при полном открытии дроссельной заслонки или полной подаче топлива (дизель) называют графиком ускорений. Его общий вид аналогичен динамической характеристике. Однако взаимное расположение кривых несколько иное, так как коэффициент учета вращающихся масс 8 для разных передач имеет различное значение. Ввиду этого может оказаться, что кривая ускорения на второй передаче будет расположена выше, чем кривая, соответствующая первой передаче.
Ускорения, рассчитанные по формулам (29) и (30) будут несколько отличаться от действительных ускорений автомобиля. Дело в том, что расчет ускорений производят по статическим характеристикам двигателя. Действительные характеристики двигателя при разгоне отличаются от статических. Снижение мощности двигателя может достигать 7 — 8%.
Абсолютные значения ускорений грузовых автомобилей находятся в следующих пределах: на I передаче — 1,7… 2,0 м/с2; на прямой-0,35… 0,50 м/с2.
При отсутствии данных по величинам моментов инерции коэффициент вычисляют по приближенной формуле:
, (31)
где , .
Время разгона автомобиля. Ускорение автомобиля полностью определяет его способность к быстрому разгону. Однако для сравнения динамики разгона различных автомобилей более наглядное представление1 дают графики времени и пути разгона. Время разгона, выраженное в секундах, есть то время, в течение которого автомобиль увеличивает скорость в заданных пределах. Путь разгона, выраженный в метрах, есть тот путь, который автомобиль проходит при увеличении скорости в заданных пределах.
Последовательность расчёта времени разгона автомобиля:
1. В качестве исходных данных принимаем скорости Va и ускорения j, определенные при построении тяговой характеристики (таблица 2) и графика ускорений (таблица 6).
2. Определяем изменение скорости в интервале:
. (32)
3. Среднее значение ускорения в интервале:
. (33)
4. Время изменения скорости на каждом интервале:
. (34)
Затраты времени на переключение для коробки передач с синхронизаторами — 0,2 с;
5. Среднее значение скорости в интервале:
. (35)
6. Приращение пути на каждом интервале:
. (36)
По результатам расчетов строится график времени разгона. Кривую времени разгона на первой передаче начинают от минимальной устойчивой скорости Vmin, хотя в действительности начальная скорость автомобиля равна нулю. Разгон автомобиля от Va = 0 до Vmin происходит при буксующем сцеплении. Время разгона от 0 до Vmin сравнительно мало, и расчет его представляет значительные трудности, поэтому им обычно пренебрегают и предполагают, что разгон автомобиля начинается с минимальной устойчивой скорости Vmin.
Определяем значения ускорений на каждой из передач:
.
Вычисляем величины, обратные ускорениям:
.
Полученные значения сводим в таблицу 6.
Таблица 6 — Результаты расчета ускорений автомобиля КрАЗ-65032-040
По данным таблицы 6 строим график ускорений (рисунок 4).
Наибольшим ускорением автомобиль обладает на II-й передаче. Графики времени и пути разгона до 60 км/ч будем строить, начиная именно с этой передачи.
Рассчитываем для каждой передачи изменение скорости продолжение
--PAGE_BREAK--, среднее значение ускорения , время изменения скорости , среднее значение скорости , приращение пути :
;
;
;
;
.
Полученные результаты заносим в таблицу 7.
Рисунок 4 – График ускорений автомобиля КрАЗ-65032-040
Таблица 7 — Результаты расчета времени и пути разгона автомобиля
КрАЗ-65032-040 до скорости 60 км/ч
ne, мин-1
Ме, Нм
II-я i2 =4,86 δII=2,23
VIIa, м/с
jII, м/с2
∆V, м/с
jcp, м/с
∆t, c
Vcp, м/с
∆S, м
600
1199,44
1,01
0,97
0,50
1,00
0,50
1,26
0,64
900
1255,77
1,51
1,02
0,50
1,03
0,49
1,76
0,86
1200
1274,55
2,02
1,04
0,76
1,02
0,74
2,39
1,77
1650
1232,30
2,77
1,00
0,76
0,95
0,80
3,15
2,52
2100
1105,55
3,53
0,89
—
—
—
—
—
ne, мин-1
Ме, Нм
III-я i3 =3,5 δIII=1,66
VIIIa, м/с
jIII, м/с2
∆V, м/с
jcp, м/с
∆t, c
Vcp, м/с
∆S, м
600
1199,44
1,40
0,91
0,70
0,94
0,75
1,75
1,31
900
1255,77
2,10
0,96
0,70
0,97
0,72
2,45
1,77
1200
1274,55
2,80
0,98
1,05
0,96
1,10
3,32
3,65
1650
1232,30
3,85
0,94
1,05
0,88
1,19
4,37
5,20
2100
1105,55
4,90
0,83
—
—
—
—
—
ne, мин-1
Ме, Нм
IV-я i4 =2,48 δIV=1,36
VIVa, м/с
jIV, м/с2
∆V, м/с
jcp, м/с
∆t, c
Vcp, м/с
∆S, м
600
1199,44
1,98
0,75
0,99
0,77
1,28
2,47
3,15
900
1255,77
2,96
0,79
0,99
0,80
1,23
3,46
4,27
1200
1274,55
3,95
0,81
1,48
0,79
1,88
4,69
8,81
1650
1232,30
5,43
0,77
1,48
0,72
2,05
6,17
12,63
2100
1105,55
6,92
0,68
—
—
—
—
—
ne, мин-1
Ме, Нм
V-я i5=2,09 δV=1,27
VVa, м/с
jV, м/с2
∆V, м/с
jcp, м/с
∆t, c
Vcp, м/с
∆S, м
600
1199,44
2,34
0,66
1,17
0,68
1,74
2,93
5,09
900
1255,77
3,52
0,69
1,17
0,70
1,68
4,10
6,89
1200
1274,55
4,69
0,70
1,76
0,69
2,56
5,57
14,24
1650
1232,30
6,45
0,67
1,76
0,63
2,80
7,33
20,55
2100
1105,55
8,21
0,58
—
—
—
—
—
ne, мин-1
Ме, Нм
VI-я i6=1,39 δVI=1,15
VVIa, м/с
jVI, м/с2
∆V, м/с
jcp, м/с
∆t, c
Vcp, м/с
∆S, м
600
1199,44
3,53
0,43
1,76
0,44
3,99
4,41
17,57
900
1255,77
5,29
0,45
1,76
0,46
3,86
6,17
23,83
1200
1274,55
7,05
0,46
2,64
0,44
5,97
8,37
49,95
1650
1232,30
9,69
0,43
2,64
0,39
6,77
11,02
74,59
2100
1105,55
12,34
0,35
—
—
—
—
—
ne, мин-1
Ме, Нм
VII-я i7=1 δVII=1,10
VVIIa, м/с
jVII, м/с2
∆V, м/с
jcp, м/с
∆t, c
Vcp, м/с
∆S, м
600
1199,44
4,90
0,27
2,45
0,28
8,73
6,12
53,45
900
1255,77
7,35
0,29
2,45
0,29
8,56
8,57
73,40
1200
1274,55
9,80
0,28
3,67
0,27
13,76
11,64
160,08
1650
1232,30
13,47
0,25
3,67
0,21
17,23
15,31
263,83
2100
1105,55
17,15
0,18
—
—
—
—
—
Принимая во внимание, что на переключение передач затрачивается время , за которое автомобиль преодолевает путь строим графики времени (рисунок 5) и пути (рисунок 6) разгона автомобиля.
Как видно из графиков, при разгоне до 60 км/ч автомобиль КрАЗ-65032-040 проходит путь 400 м за 39,26 с.
1.6 Топливно-экономическая характеристика
Топливно-экономической характеристикой автомобиля называется зависимость путевого расхода топлива от скорости установившегося движения автомобиля при различных коэффициентах суммарного сопротивления дороги.
Расход топлива на 100 км пути (кг) рассчитывается по формуле:
, (37)
где Qt– часовой расход топлива г/кВт час.
По методике профессора Н.А. Яковлева Qtнаходят с использованием безразмерных характеристик, представляющих собой зависимости
Q1/Qmaxот ne/nNи Qt/Q1от нагрузки Рс/Рк. Здесь Q1– текущее значение часового расхода при полном открытии дроссельной заслонки и при различных частотах вращения коленчатого вала, кг/час; Qmax– часовой расход топлива при полном открытии дроссельной заслонки, соответствующий максимальной частоте вращения коленчатого вала двигателя; Qt– текущее значение часового расхода топлива.
Задавшись минимальным удельным расходом gemin, рассчитывают максимальный часовой расход, кг/час:
, (38)
Далее расчет ведут следующим образом:
1. Задаваясь различными условиями движения (ψ, Va), определяют нагрузку двигателя Рс/Рк.
2. Вычисляют отношения частот вращения ne/nNдля тех же условий движения.
3. По отношениям ne/nNиз графика Q1/Qmax= f(ne/nN) находят величину Q1/Qmax.
4. По отношениям Рс/Рк из графика Qt/Q1= f(Рс/Рк) находят величину Qt/Q1.
5. По значению Qmax и отношения Q1/Qmaxнаходят Q1, а затем по Qt/Q1находят Qt.
6. Имея величину часовых расходов Qtдля разных условий движения, по формуле (37) вычисляют расходы топлива на 100 км пути.
Рисунок 5 – График времени разгона автомобиля КрАЗ-65032-040
Рисунок 6 – График пути разгона автомобиля КрАЗ-65032-040
Для VIII-й передачи, при ψ = 0,015, ne= 600 об/мин, nN= 2200 об/мин, Va = 16,07 км/час,Pk = 9491 Н, Pω = 124,41 Н находим:
Pψ= Ga· ψ= 22400 · 9,81 · 0,015 = 3296,16 Н;
Pc= Pψ+ Pω= 3296,16 + 124,41 = 3420,57Н;
Рс/Рк = 3420,57 /9491= 0,360;
кг/час;
По графику Q1/Qmax= f(ne/nN) при ne/nN= 0,273, Q1/Qmax= 0,3;
Q1= Q1/Qmax· Qmax= 0,3 · 43,56 = 13,07 кг/час;
По графику Qt/Q1= f(Рс/Рк) при Рс/Рк = 0,360, Qt/Q1= 0,45;
Qt= Qt/Q1· Q1= 0,45 · 13,07 = 5,88 кг/час;
кг/100 км.
Все расчеты сведем в таблицу 7 и построим топливно — экономическую характеристику автомобиля (рисунок 7).
ne,
мин-1
Va, км/ч
ne/nN
Pk, H
Pψ,
H
Pω, H
Pc, H
Pc/Pk
Q1
Qt
QS
0,015
600
17,64
0,286
13067
3973,05
164,71
4137,76
0,317
0,3
19,25
0,45
8,66
49,10
900
26,46
0,429
13680
370,59
4343,64
0,318
0,45
28,87
0,46
13,28
50,19
1200
35,28
0,571
13885
658,83
4631,88
0,334
0,61
39,13
0,48
18,78
53,24
1650
48,51
0,786
13425
1245,60
5218,65
0,389
0,78
50,04
0,5
25,02
51,58
2100
61,74
1,000
12044
2017,67
5990,72
0,497
0,85
54,53
0,6
32,72
52,99
0,03
600
17,64
0,286
13067
7946,1
164,71
8110,81
0,621
0,3
19,25
0,71
13,66
77,46
900
26,46
0,429
13680
370,59
8316,69
0,608
0,45
28,87
0,67
19,34
73,10
1200
35,28
0,571
13885
658,83
8604,93
0,620
0,61
39,13
0,69
27,00
76,54
1650
48,51
0,786
13425
1245,60
9191,70
0,685
0,78
50,04
0,73
36,53
75,30
2100
61,74
1,000
12044
2017,67
9963,77
0,827
0,85
54,53
0,9
49,08
79,49
Таблица 7 — Результаты расчета топливно-экономической характеристики автомобиля КрАЗ-65032-040
1.7 Тормозная динамика автомобиля
Тормозные свойства — способность автомобиля быстро снижать скорость вплоть до полной остановки. Тормозные свойства существенно влияют на среднюю скорость. Чем надежнее тормозная система, тем с большей скоростью может двигаться автомобиль при прочих равных условиях, тем выше его средняя скорость. Тормозные свойства тесно связаны с безопасностью движения, и потому ухудшение их недопустимо на любом периоде эксплуатации автомобилей.
В качестве измерителей тормозных свойств служат замедление , время и путь торможения.
Рисунок 7 – Топливно-экономическая характеристика автомобиля
КрАЗ-65032-040
При торможении автомобиля с отключенным двигателем замедление определяется по формуле:
, (39)
где — тормозная сила;
— коэффициент учета вращающихся масс автомобиля при движении накатом.
Если торможение осуществляют с наибольшей интенсивностью (), то можно пренебречь силами и , а также , тогда
, (40)
где — коэффициент сцепления шины с дорогой (максимальный).
;
;
;
.
Время торможения при наибольшей интенсивности затормаживания определяют на основе формулы:
; (41)
при торможении до полной остановки ():
, (42)
где — скорости автомобиля соответственно в начале и конце торможения, м/с.
.
Путь торможения , определяют из дифференциального выражения для пути:
, (43)
при торможении до полной остановки ():
. (44)
Действительные показатели торможения хуже тех, которые дают формулы. Чтобы приблизить результаты расчетов к экспериментальным данным, Д.П.Великанов предложил ввести в расчетные формулы коэффициент эффективности торможения Кэ. Тогда
. (45)
Для грузовых автомобилей и автобусов .
Остальные расчетные данные сведены в таблицу 8.
Выражение (45) позволяет рассчитать величину тормозного пути для случая, когда колеса автомобиля полностью заторможены. Действительный остановочный тормозной путь будет больше.
Время , от момента появления препятствия до момента прикосновения ноги водителя к педали тормоза называют временем реакции водителя. Оно зависит от физиологического состояния водителя и степени его тренированности. Это время составляет 0,5… 1,5с .
Время от момента соприкосновения ноги водителя с педалью тормоза до начала действия тормозов, т.е. до появления замедления автомобиля, называют временем запаздывания тормозного привода. Оно зависит от величины зазоров в тормозном приводе и механизмах, деформации деталей привода и рабочего агента (тормозной жидкости или воздуха). Для гидравлического привода , для пневматического , а при длинных воздухопроводах (автопоезда) значительно больше.
Время от появления замедления до его максимального значения, зависит в основном от величины зазора между тормозными колодками и барабанами, а также от сжатия рабочего агента (тормозной жидкости или воздуха). Для гидравлического привода , для пневматического , а в автопоездах . Время называют временем срабатывания тормозного привода; — время, соответствующее полному включению тормозов; — время спада замедления после прекращения нажатия на педаль тормоза; .
С учетом изложенного, остановочный тормозной путь складывается из пути, проходимого автомобилем при торможении за время . В течение времени начальная скорость автомобиля практически не снижается. За время происходит некоторое её снижение. Наиболее интенсивно она снижается в течение времени, когда колеса полностью заторможены.
Скорость движения автомобиля в начале третьей фазы торможения:
, (46)
.
Остальные результаты расчётов тормозной характеристики представлены в таблице 8. На рисунках 8 и 9 представлена тормозная диаграмма и тормозная характеристика автомобиля КрАЗ-65032-040.
Таблица 8 — Результаты расчета пути торможения характеристики автомобиля КрАЗ-65032-040
VН
φ
15км/ч
30 км/ч
45 км/ч
60 км/ч
,8
1,43
5,74
12,90
22,80
,5
2,30
9,19
20,70
36,50
Рисунок 8 – Тормозная диаграмма автомобиля КрАЗ-65032-040
Рисунок 9 – Тормозная характеристика автомобиля КрАЗ-65032-040
продолжение
--PAGE_BREAK--