Тяговый расчет проектируемого (нового) автомобиля

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 2

2 Тяговый расчет проектируемого (нового) автомобиля

5. 2.1. Цель расчета и исходные данные

Задачей тягового расчета является определение основных параметров автомобиля (его полной массы, мощности двигателя, размера шин, передаточных чисел трансмиссии), которые обеспечат получение высоких тягово-динамических показателей в заданных условиях эксплуатации и на разных режимах. По результатам дальнейших расчетов строят динамическую характеристику для работы с разной весовой нагрузкой.

Тяговый расчет студенты выполняют для грузовых автомобилей, включая самосвалы и грузопассажирские.

Исходными данными для расчета являются: грузоподъемность m_г (в кг) без учета массы шофера; колесная формула К_ф, масса груженого прицепа m_пр (в кг), число передач Z, максимальная скорость движения на прямой передаче V_max (км/ч), коэффициент дорожных сопротивлений Ψ_v при максимальной скорости движения V_max и полной загрузке двигателя, тип двигателя.

6. 2.2. Определение основных параметров автомобиля

3.2.1. Собственная и полная массы

Собственную (снаряженную) массу автомобиля m_o в кг определяем по заданной грузоподъемности

                                            , кг                                    (20)

где m_г – грузоподъемность автомобиля, кг;

η_г – коэффициент грузоподъемности.

Полная масса груженого автомобиля m_п в кг равна:

                           , кг                   (21)

где 75 – масса шофера.

2.3. Максимальная мощность двигателя и его внешняя скоростная характеристика

Мощность двигателя должна быть достаточной для обеспечения движения с полной массой (без прицепа) на максимальной равномерной скорости движения в заданных дорожных условиях. Максимальная мощность двигателя в кВт определяем по формуле:

       , кВт (22)

где Ψ_v – коэффициент дорожных сопротивлений, при котором автомобиль должен развивать максимальную скорость;

G_п – вес груженого автомобиля,

, Н;                                                               (23)

Р_w.max – максимальное сопротивление воздуха (при движении с максимальной скоростью), Н;

V_max – максимальная скорость, км/ч;

η_тр – к.п.д. трансмиссии.

Максимальное сопротивление воздуха Р_w.max в Н определяем по формуле:

,    Н                      (24)

где K – коэффициент обтекаемости, ;

F – площадь поперечного сечения автомобиля, м².

Площадь поперечного сечения автомобиля F и коэффициент обтекаемости K принять из таблицы 5.

Таблица 5 – Ориентировочные значения K и F, используемые при расчете Р_w

Полная масса

автомобиля, кг

K, Н·с²/м⁴

F, м²

До 1200

0,2…0,3

1,6…1,8

1200…3000

0,4…0,5

2,0…3,0

3000…8000

0,5…0,6

3,0…4,0

8000…14000

0,6…0,7

4,0…5,0

14000…20000

0,7…0,8

5,0…8,0

К.п.д. трансмиссии η_тр принимаем равным 0,85 для автомобилей 4´4.

Для построения внешней скоростной характеристики, как зависимости N_е, M_д = f (n_д), рассчитаем ряд значений n_д в мин^-1 и соответствующих им значений N_е в кВт и M_д в Н·м, используя следующие выражения:

, мин^-1                                                                                  (25)

, кВт                                                         (26)

, Н·м                                                         (27)

где n_н – частота вращения коленчатого вала, соответствующая  (принимается, что дизельный двигатель имеет регулятор частоты вращения, а карбюраторный – ограничитель этой частоты), мин^-1;

а_n и а_N – коэффициенты, учитывающие изменение частоты вращения и мощности.

Зависимость удельного расхода топлива q_е = f (n_д) не рассчитывают, так как она не используется при расчете динамической характеристики автомобиля. Регуляторную ветвь скоростной характеристики дизельного двигателя также не строят: для упрощения принимают, что при работе с недогрузкой n_д не превышает n_н.

Номинальную частоту вращения n_н принимают по прототипу (см. приложения Д и Е) или из следующих обобщенных данных: у современных грузовых автомобилей n_н = 2800...6000
и 2000... 2600 мин^-1 соответственно с бензиновыми и дизельными двигателями.

Взаимосвязанные значения коэффициентов а_n и а_N приведены в таблице 6, составленной на основе обобщения внешних скоростных характеристик серийных двигателей.

Таблица 6 – Значения коэффициентов частоты вращения и мощности автомобильных двигателей

Бензиновые двигатели

Дизельные двигатели

а_n

а_N

а_n

а_N

0,3

0,363

0,4

0,429

0,4

0,496

0,5

0,556

0,5

0,625

0,6

0,685

0,6

0,744

0,7

0,791

0,8

0,928

0,8

0,887

1,0

1,0

1,0

1,0

Результаты расчетов внешней скоростной характеристики заносят в таблицу 7, по ним строят график (рисунок 4).

Таблица 7 – Результаты расчетов внешней скоростной характеристики

Показатели

Коэффициент частоты вращения а_n*

0,3

0,4 (0,4)

0,5 (0,5)

0,6 (0,6)

(0,7)

0,8 (0,8)

1,0 (1,0)

n_д, мин^-1

,кВт

97,98

126,99

156,45

180,66

202,59

228,4

М_д, Н×м

899,7

932,89

957,75

947,97

930,16

838,93

*Примечание: Значения а_n в скобках для дизельных, без скобок для бензиновых двигателей.

Полученные значения n_д и М_д используют при расчете динамической характеристики автомобиля, кроме того, максимальное значение М_д – при расчете передаточного числа трансмиссии на первой передаче (см. точку М_д.max на рисунке 4).

Рисонок 4- Внешняя скоростная характеристика бензинового двигателя.

2.3.2 Выбор размера шин

Для выбора размера шин определяют максимальную нагрузку, приходящуюся на одно колесо автомобиля. Предварительно намечают установку сдвоенных или одинарных задних колес, далее распределяют вес по колесам. У грузовых автомобилей с задними сдвоенными типа 4´4 λ_з = 0,55...0,65.

Шины можно принять такими же, как и у прототипа, в этом случае их проверяют по допустимой грузоподъемности одной шины.

Радиус качения колес  в м определяют по формуле:

                , м         (28)

где d и b – наружный диаметр обода и ширина профиля покрышки, мм;

K_ш – коэффициент, учитывающий радиальную деформацию шин.

Так как у многих современных автомобилей применяются радиальные широкопрофильные шины, то для них коэффициент K_ш = 0,70...0,80, у диагональных шин – K_ш = 0,9.

2.3.3 Передаточные числа трансмиссии

Передаточное число трансмиссии для высшей передачи определяют из формулы максимальной скорости движения:

                                               .                                        (29)

При тяговом расчете принимают, что высшей передачей является прямая передача, в таком случае (без учета раздаточной коробки) i_тр.в = i_o, где i_o – передаточное число главной передачи. Ускоряющая передача и раздаточная коробка не учитываются. Отсюда на высшей передаче передаточное число коробки передач i_к = 1, а передаточное число главной передачи i_o равно

                         (30)    

Далее определяют передаточное число первой ступени коробки передач i_к1. Оно должно удовлетворять следующему требованию: не вызывать полного буксования ведущих колес автомобиля при передаче максимального крутящего момента двигателя. Это означает, что развиваемая на ведущих колесах автомобиля максимальная касательная сила тяги не должна превышать силы сцепления шин с дорогой, т.е. Р_к.max ≤ φG_сц, где φ – коэффициент сцепления, а G_сц – сцепной вес автомобиля.

, Н                           (31)

где λ_к – коэффициент нагрузки ведущих колес, равный 1 у полноприводных автомобилей (4´4 и 6´6), а у автомобилей 4´2 и 6´4 – λ_к = 0,75...0,80.

На 1 й передаче .                                           (32)

 С другой стороны, по сцеплению . Отсюда имеем:

,                     (33)     

где  – максимальный крутящий момент двигателя, Н×м (берется из таблицы 7). Принимают φ в пределах 0,5...0,7.

Соотношение передаточных чисел коробки передач у автомобилей выбирают из соображений обеспечения наиболее интенсивного поэтапного разгона. Этому условию удовлетворяет ряд геометрической прогрессии:

,

где , ,… – передаточные числа коробки передач на 1-й,
2-й, ... и z-й (высшей) передачах; q – знаменатель геометрической прогрессии.

При :

                                           ,                                    (34)

где z – число передач.

Определив q, находят                                               (35)

                              i_k3=

                              i_k4=

                          i_k5=

Найденные значения  корректируют для повышения интенсивности разгона с учетом разрыва потока мощности, проходящего от двигателя к колесам при переключении передач:

.

Передаточное число трансмиссии на всех передачах определяют по формуле:

                                                     .                                             (36)

i_тр1= i₀ i_к1 = 5.7*8.1=46.17

                                        i_тр2= i₀ i_к2=5.7*4.8=27.36                                              

                                        i_тр3= i₀ i_к3=5.7*2.8=15.96

                                        i_тр4= i₀ i_к4=5.7*1.7=9.69

7.                         i_тр5= i₀ i_к5=5.7*1=5.7

8. 2.4. Расчет динамической характеристики для порожнего автомобиля

Динамическая характеристика отражает максимально возможные тягово-скоростные свойства автомобиля. Обобщенным показателем этих свойств является динамический фактор Д (удельная сила тяги):

,                                    (37)

где  , H– касательная сила тяги;

Р_w – сопротивление воздуха (определяют по формуле 3 для разных значений V);

G – вес автомобиля.

Динамическая характеристика - это график зависимости , построенный для всех передач.

Максимальные тягово-скоростные возможности автомобиль может обеспечить при работе двигателя на внешней скоростной характеристике. Динамическая характеристика подобна скоростной характеристике двигателя, но построена в других координатах (Д и V) и снята за трансмиссией, на ведущих колесах с учетом сопротивления воздуха.

Для расчета динамического фактора используют формулу (37) и следующее выражение скорости движения автомобиля V в км/ч:

                          , км/ч                   (38)

где n_д – частота вращения коленчатого вала, мин^-1;

 – радиус качения колес, м.

При расчете динамической характеристики для всех передач используют все значения М_д и n_д, приведенные в таблице 7. Определяют динамический фактор сначала для порожнего автомобиля с шофером, т.е. принимают :

, Н.                                            (39)

Результаты расчетов Д и V для всех передач таблица 8.

Таблица 8 – Сводные результаты расчетов динамической характеристики для порожнего автомобиля

Передача

n_д, мин^-1

M_д, Н×м

V, км/ч

P_к, H

Р_w, H

Д

899.7

4.5

4.6

0.5

932.89

5.6

7.1

0.5

957.75

6.8

10.4

     0.51

947.97

7.9

0.51

930.16

18.2

0.5

838.93

11.25

28.5

0.45

899.7

7.6

0.29

932.89

       9.5

0.3

957.75

11.4

29.2

0.31

947.97

13.3

39.8

0.3

930.16

15.2

0.3

838.93

81.2

0.27

899.7

0.17

932.89

16.3

39.8

0.17

957.75

19.5

85.6

0.18

947.97

22.8

0.18

930.16

152.1

0.17

838.93

32.6

0.15

899.7

21.4

0.1

932.89

26.8

161.6

0.1

957.75

32.2

233.3

0.11

947.97

37.5

316.4

0.110

930.16

42.9

414.1

0.1

838.93

53.6

0.9

899.7

36.5

299.8

0.06

932.89

45.6

467.9

0.06

957.75

54.7

673.2

0.06

947.97

63.8

915.8

0.06

930.16

0.06

838.93

1867.3

0.04

9. 2.5. Построение и анализ универсальной динамической характеристики

Рисонок 5- Универсальная динамическая характеристика.

                                     ,                             (40)

где m_i - масса автомобиля (автопоезда) с разной нагрузкой.

                          ,                   (41)

где m_пр – масса прицепа.

Анализ динамической характеристики :

1. Определить на каких передачах и с какой максимальной скоростью может двигаться автомобиль, если коэффициент дорожных сопротивлений ψ=0,05, а масса равной минимальной, полной и с прицепом.

При ψ=0,05 и минимальной массе автомобиль может двигаться на 4 передаче с максимальной скоростью равной 90 км/ч, двигатель при этом полностью не загружен. При полной массе Г_н=1.75 автомобиль может двигаться на 4 передаче с максимальной скоростью равной 90 км/ч, двигатель при этом загружен полностью. При движении с прицепом Г_н=2.5 автомобиль может двигаться на 3 передаче с максимальной скоростью равной 43 км/ч, двигатель при этом загружен полностью.

2.Определить максимальные дорожные сопротивления ψ_мах, которые может преодолеть автомобиль на 1 и 2 передачах с равномерной скоростью, если автомобиль порожний и полностью загружен.

Для первой передачи при порожнем автомобиле ψ_мах=Д_мах= 1.01, при полностью груженом автомобиле принято Г_н=1,75, ψ_мах=Д_мах/1,75=0.58.

 Для второй передачи при порожнем автомобиле ψ_мах=Д_мах=0,46, при полностью груженом автомобиле принято Г_н=1,75, ψ_мах=Д_мах/1,75=0,26.

Полученные данные необходимо проверить с точки зрения возможности их реализации по условиям сцепления с дорогой. Условие реализации соблюдается, т.к. Ψ_max < Д_φ, где Д_φ = φ λ_к=0.6*1=0.6, – динамический фактор по сцеплению.

3. Определим, какие максимальные подъёмы может преодолеть полностью гружёный автомобиль на 1 и 2 передачах, если движение равномерное, а коэффициент сопротивления качению f = 0,05.

i _мах = Д _мах -f.

На первой передаче i _мах = 1,01-0,05=0,96.

На второй передаче i _мах = 0,46-0,05=0,41.

4. Определить, какое максимальное дорожное сопротивление может преодолеть полностью гружёный автомобиль на высшей передаче при равномерном движении, и с какой скоростью.

В этом случае ψ _мах = Д _{мах в} где Д _{мах в} – максимум динамического фактора на высшей передаче при весе автомобиля G_п=m _п  g.

Скорость соответствующую Д _{мах в} называют критической. ψ _мах = Д _{мах в} = 0,09 критическая скорость равна 80 км/ч

Замечания:

Познавательные статьи:



Техника прыжка в длину с разбега

Организация работы процедурного кабинета

Области применения синхронных машин

Оптимизация по Винеру и Калману