Методика расчета показателей тягово-скоростных свойств автомобиля

Построение графика внешней, скоростной характеристики двигателя

На графике внешней характеристики наносятся кривые мощности, крутящего момента двигателя и удельного расхода топлива в зависимости от частоты вращения коленчатого вала при полной подаче топлива.

Кривая мощности строится по эмпирическому уравнению

, (1.1)

где N_e и w_e – текущее значение мощности в (кВт) и угловой скорости вращения коленчатого вала двигателя (1/с).

a, b, c – коэффициенты, значение которых зависят от типа и конструкции двигателя.

Значения коэффициентов a,b и c определяются по формулам:

a = 2- b; b = 2 ·ω_M /ω_N, (1.2)

где ω_M - угловая скорость коленчатого вала при максимальном крутящем моменте, 1/с.

Для карбюраторных автомобилей допустимо принять:

b = 1; a = 2-1 =1; с = 1.

Кривая крутящего момента строиться с использованием уравнения

, (1.3)

где M_e – текущее значение крутящего момента, .

В официальных документах (технические характеристики, инструкции, справочники, каталожные листы и т.п.) под названием максимальная мощность и соответствующей ей частоте вращения, указываются номинальная мощность и номинальная частота вращения коленчатого вала двигателя.

Если на автомобильном двигателе с ограничителем частоты вращения в технической характеристике указана мощность и частота вращения на ограничителе (N и ), то при построении внешней характеристики следует принимать:

- для карбюраторных двигателей грузовых автомобилей:

N = (1,05-1,1) N ; _{= 0,8 ,} (1.4)

- для карбюраторных двигателей легковых автомобилей:

N = 1,1 N ; _{= 0,8 ,} (1.5)

- для дизелей, снабженных регуляторами:

N = N ; _{= ,} (1.6)

Кривая удельного расхода топлива двигателем строиться на основании зависимости:

q = q k , (1.7)

где q_eN – удельный расход топлива двигателем при N_emax, который может быть принят равным 300-340 г/кВт· ч для карбюраторных и220-240 г/кВтч – для дизельных двигателей (точные расходы для отечественных двигателей выпуска до 1994 года указаны на стр.561-563 );

k_ω – коэффициент влияния w_e на q_e, значение которого приведены в таблице 1.1

 

 

Таблица 1.1

ωе /ωN	0,2	0,4	0,6	0,8	1,0	1,2
kω	1,12	1,00	0,96	0,96	1,00	1,15

 

Следует учитывать, что если в литературе частота вращения коленчатого вала двигателя n задана в об/мин, то для перевода ее в 1/сек используется известная зависимость:

= n /30, (1.8)

Результаты расчета сводятся в таблицу 1.2*.

Пример расчета:

1/сек;

кВт

Нм

Таблица 1.2 Результаты расчета.

 

Параметры	Размерность	Значения параметров
0,2	0,4	0,6	0,8	1,0	1,2
	1/с						652,8
	кВт	13,5	28,8	43,2	53,8		52,896
	нм	123,9	132,1	132,5	123,8	106,6	81,029
	г/(кВтч)

 

Графики N_e, M_e и q_e от w_е приведены на рисунке 1.

Рис.1.1 –Внешняя скоростная характеристика двигателя.

_____________________________________________________________________________

* - во всех разделах расчетно-графической работы необходимо приводить пример расчета для одного из исходных данных, для того, чтобы можно было проверить правильность расчетов

Дополнительное задание:

По ВСХ определить:

- запас крутящего момента;

- коэффициент приспособляемости по оборотам;

- коэффициент приспособляемости по моменту.

График силового баланса

 

Построение графика силового баланса начинается с определения всех сил, действующих на автомобиль, записанных в виде уравнения тягового баланса

, (1.9)

где - сила тяги или окружная сила на ведущих колесах, Н;

- сила сопротивления качению, Н;

- сила сопротивления подъему, Н;

- сила сопротивления воздуха, Н;

- сила сопротивления разгону, Н;

Полная окружная сила P_k на ведущих колёсах определяется по формуле:

, (1.10)

где: М_е’ – текущее значение крутящего момента двигателя, соответствующее угловой скорости ω_е и рассматриваемой скорости движения автомобиля, умноженное на коэффициент коррекции К , учитывающий реальные условия эксплуатации (для легковых автомобилей принимают 0,9; для грузовых двухосных - 0,88; для многоосных – 0,85; для автобусов – 0,83), Нм;

Текущее значение крутящего момента двигателя М_е’ определяется по формуле:

М_е’ = М_е ·К_р, (1.11)

и_тр – передаточное отношение трансмиссии. Определяется по формуле:

и_тр = и_кп ·и_гп ^.и_дп, (1.12)

где и_кп – передаточное отношение КПП (для каждой передачи, из исходных данных);

и_гп – передаточное отношение главной передачи (из исходных данных).

η_тр – КПД трансмиссии. Определяется по формуле:

h_тр = 0,98 ^k ×0,97 ^l ×0,99 ^m, (1.13)

где k* – число пар цилиндрических шестерён, передающих энергию на данной передаче;

l *– число пар конических и гипоидных шестерён;

m* – число карданных шарниров.

r_k – радиус качения колеса, м. Определяется по формуле:

r = 0,5d + В , (1.14)

где:

d** – диаметр обода, м;

В** – номинальная ширина профиля, м;

** - Н/В – коэффициент тангенциальной жесткости шин, показывающий отношениевысоты профиля шины Н к ширине В;

- коэффициент вертикальной деформации шины, принимается 0,95-0,97.

Для отечественных шин r можно определить по таблицам на стр.644-659 .

* - знаачения k, l, m определяются студентом, самостоятельно, исходя из конструкции трансмиссии, заданного автомобиля и согласовываются с преподавателем;

** - значения d, В, определяются, из маркировки шин (исходные данные), в соответствии с указаниями стр. 636-643 .

Скорость движения автомобиля при частоте вращения коленчатого вала w_e и соответствующей передаче определяется по формуле:

V_a = ω_e ·r_k /и_тр , (1.15)

Сила сопротивления дороги равна, Н:

Р_ψ = Р_f +P_i; (1.16)

Р_f = f ·G_a ·cos , (1.17)

где: f – коэффициент сопротивления качения;

G_а - вес автомобиля, Н;

– угол уклона дороги, град.

Р_i = G_a ·sin ; (1.18)

С учетом того, что ·sin tq = i – характеристика подъема:

Р_ψ = G_a ·(f + i) ≈ G_a · ψ. (1.19)

где: ψ – коэффициент суммарного дорожного сопротивления;

Значения Р_ψ рассчитываются для горизонтального дороги с асфальтобетонным покрытием, следовательно ψ = f.

Величина коэффициента сопротивления качения для малой скорости, до 50 км/ч, принимается равной f_o = 0,015.

Для скоростей движения, больших 50 км/ч, коэффициент сопротивления качения определяется по формуле:

f = f_o · [1+(0,020 ·V_a) ² ], (1.20)

где V_a – скорость автомобиля, м/с.

Сила сопротивления воздуха Р_В определяется по формуле:

Р_В = k_В ·F ·V_a², (1.21)

где k_В – коэффициент сопротивления воздуха, Н·с² ·м ^-4;

F – площадь лобового сопротивления, м ²;

V_a – скорость автомобиля, м/с.

Коэффициент сопротивления воздуха принимается равным:

- для легковых автомобилей k_В = 0,17- 0,3 Н·с² ·м ^-4

- для автобусов k_В = 0,25- 0,4 Н·с² ·м ^-4

- для грузовых автомобилей k_В = 0,5- 0,7 Н·с² ·м ^-4

- для автопоездов k_В = 0,55- 0,9 Н·с² ·м ^-4

Площадь лобового сопротивления приближенно может быть определена по выражению:

F = ·В_г ·Н_г, (1.22)

где: – коэффициент заполнения площади (для легковых автомобилей = 0,78-0,8; для грузовых = 0,75-0,9);

В_г и Н_г - габаритная ширина и высота автомобиля соответственно, м.

Сила сопротивления разгону автомобиля Р - это сила его инерции:

Р = m dv/dt, (1.23)

где: - коэффициент учета вращающихся масс. Приближенно определяется по эмпирической формуле:

= + u_кп + 1 (1.24)

где: u_кп – передаточное число коробки перемены передач на каждой передаче (из исходных данных);

Для одиночных автомобилей принимают: = 0,03 - 0,05; = 0,04 - 0,06.

m - масса автомобиля, кг;

dv/dt – ускорение автомобиля, м/с .

Сила сопротивления разгону рассчитывается из уравнения силового баланса или определяется графически из тяговой характеристики.

Результаты расчёта параметров для построения графиков тяговой характеристики приведены в таблице 3.

 

Таблица 3 – Результаты расчета*

 

 

Параметры	Размерность	Значения параметров
	1/с
	Нм
1-я		м/с
	Н
2-я		м/с
	Н
3-я		м/с
	Н
	Н
4-я (прямая)		м/с
	Н
	-
	Н
	Н
	Н

 

 

На рис. 2 приведен пример тяговой характеристики автомобиля.

 

Рис. 2 – Тяговая характеристика автомобиля.

____________________________________________________________________________

* Если Ваш автомобиль имеет пять и более передач, то и для них проводятся аналогичные расчеты. Для автомобилей имеющих демультипликатор (автомобили повышенной проходимости) дополнительно необходимо посчитать показатели тягово-скоростных свойств на первой пониженной и первой повышенной передачах.

Дополнительное задание:

По графику силового баланса определить:

- диапазон скоростей на каждой передаче

- максимальную скорость;

- максимальную силу сопротивления разгону на высшей передаче.

- рассчитать путь выбега АТС со скорости 50 км/ч при коэффициенте сопротивления качению 0,015 и силе сопротивления воздуха при скорости 50 км/час.

1.1.3 М ощностной баланс автомобиля

Для получения графического изображения мощностного баланса автомобиля, воспользуемся следующим уравнением:

 

(1.25)

или

N_k = N_f +N_i +N_B +N_и, (1.26)

где N_k – мощность, подводимая к ведущим колёсам, кВт;

N_f – мощность, затрачиваемая на сопротивление качению, кВт;

N_i – мощность, сопротивлению подъёму, кВт;

N_B – мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления воздуха, кВт;

N_и – мощность, затрачиваемая на разгон автомобиля, кВт.

Результаты расчетов сводятся в таблицу 4

 

Таблица 4 - Результаты расчета

 

Параметры	Размерность	Значения параметров
1-я низшая		м/с
	кВт
2-я низшая		м/с
	кВт
1-я		м/с
	кВт
2-я		м/с
	кВт
3-я		м/с
	кВт
4-я		м/с
	кВт
5-я		м/с
	кВт
	кВт
	кВт
	кВт

 

На основании данных таблицы 4 стоим график мощностного баланса автомобиля.

На графике (рис. 3) изображена зависимость мощности, подводимой к ведущим колёсам, а также суммарной мощности, затрачиваемой на преодоление сопротивления дороги и воздуха, от скорости движения на различных передачах.

Разность этих двух мощностей даёт мощность, которую можно реализовать для разгона автомобиля.

 

Рис. 3 –График мощностного баланса автомобиля

Дополнительное задание:

По графику мощностного баланса определить максимальный запас мощности.