Тяговый расчет автомобиля

Задача тягового расчета состоит в определении характеристик и параметров двигателя и трансмиссии, обеспечивающих эксплуатационные свойства и технико-экономические показатели автомобиля в соответствии с требуемым техническим заданием на его проектирование.

В задание на проектирование обычно включается подъем, который должен преодолеть автомобиль на высшей передаче α_max, максимальная скорость автомобиля v_max на горизонтальной дороге, максимальный подъем, который должен преодолеть автомобиль на первой передаче α_1max. Указанные показатели относятся к дороге с твердым покрытием (f₀ = 0,015…0,02).

Исходными данными тягового расчета являются также массовые (весовые) параметры автомобиля, размеры шин, КПД трансмиссии, лобовая площадь автомобиля и коэффициент сопротивления воздуха. Ряд параметров и характеристик оцениваются с учетом данных технического задания и анализа данных автомобилей, близких по назначению к проектируемому.

Выбор двигателя

В качестве автомобильных двигателей выбирают бензиновый ДВС или дизель. Дизели в основном применяются на грузовых автомобилях и автобусах, а также на ряде легковых автомобилей. Это объясняется более высокой топливной экономичностью дизелей в сравнении с бензиновыми двигателями и более низкой стоимостью дизельного топлива.

Важнейший параметр двигателя – мощность. При повышении мощности двигателя улучшаются тягово-динамические качества автомобиля, увеличивается его средняя и максимальная скорость. Но при этом повышается масса и размеры двигателя, его стоимость, и, как правило, снижается экономичность. Эффективную мощность двигателя рассчитывают из условий достижения автомобилем максимальной скорости при установившемся движении по формуле:

N_е = ,

или в развернутом виде:

,

где ψ = f +sinα и v_max – коэффициент дорожного сопротивления и максимальная скорость автомобиля соответственно;

G = m_ag - полный вес автомобиля (Н);

g = 9,81 м/с - ускорение свободного падения.

k_wF – фактор обтекаемости, определяют по данным задания;

η_ТР – механический КПД трансмиссии.

При проектировании грузовых автомобилей коэффициент дорожного сопротивления задают: ψ = 0,025…0,035. Для легковых автомобилей коэффициент дорожного сопротивления назначают равным величине коэффициента качения f при максималь­ной скорости, то есть, полагая при этом, что максимальная скорость развивается только на горизон­тальной дороге.

У дизеля его мощность при максимальной скорости автомобиля N_v совпадает с N_max, а у бензинового или газового двигателя ω_mах и ω_N, как правило, не совпадают (рис. 3).

Максимальную мощность двигателя находят в зависимости от его типа по формуле:

где a, b и с - эмпирические коэффициенты, приведенные в табл. 2.2;

λ = ω_mах / ω_N.

V_min V_max V, м/с

Рис. 3. Внешняя скоростная характеристика двигателя:

а) без регуляторной ветви (бензиновый ДВС); 6) с регуляторной ветвью (дизель).

Для легковых автомобилей с бензиновым или газовым двигателем λ = 0,9…1,15; для грузовых автомобилей с бензиновым или газовым двигателем λ = 0,9…1,0: для всех автомобилей с дизельным двигателем λ =1,0.

Таблица 2.2

Значения коэффициентов для расчета внешней скоростной характеристики двигателя:

Тип двигателя	а	b	с
Бензиновый ДВС
Дизельный четырехтактный	0,53	1,56	1,09

По полученному значению N_тах рассчитывают кривую изменения эффективной мощности N_е двигателя в зависимости от его скоростного режима по формуле:

,

где ω_е – текущие, в пределах рабочей зоны, значения угловой скорости коленчатого вала двигателя (рад/с);

ω_N – угловая скорость коленчатого вала двигателя на максимальной мощности (рад/с);

Для построения кривой эффективного момента М_е (Н·м) применяют формулу:

.

Следует иметь в виду, что угловая скорость коленчатого вала ω _е изменяется от некоторого значения ω_min, соответствующего минимально устойчивой частоте вращения по, до ω_mах. Принимая для дизеля грузового автомобиля ω_min = 70…80 рад/с , для ДВС легкового автомобиля ω_min = 100 рад/с, и выбрав 5…8 значений в диапазоне ω_min…ω_mах, рассчитывают зависимости N_e(ω_е) и М_е(ω_е).

Часто внешнюю скоростную характеристику строят в функции (ось абсцисс) частоты вращения (n, мин ^-1) вала двигателя, имея в виду, что:

Кривая удельного эффективного расхода топлива g_e , г /(кВт ^. ч), может быть определена по следующим эмпирическим зависимостям:

для бензиновых двигателей:

для дизелей:

где g_N – удельный эффективный расход топлива при максимальной мощности двигателя, г /(кВт ^. ч).

При отсутствии точных данных значения удельного расхода топлива для режима максимальной мощности можно принять:

для бензиновых двигателей g_N = (250…320) г /(кВт· ч);

для дизелей g_N = (210…250) г /(кВт· ч);

Часовой расход топлива определяют по формуле:

G_т = g_e ^. N_e ^. 10^-3 , кг/ч.

Полученные при выполнении расчетов данные для удобства построения кривых внешней скоростной характеристики двигателя предварительно заносятся в таблицу:

ω, с -1 (n, мин -1)	Ne, кВт	Мк, Н.м	ge, г/кВт.ч	Gт, кг/ч
ω1 (n1)
ω2 (n2) и т.д.

На рис. 3 отображен примерный вид внешней скоростной характеристики двигателя, где через ω_М обозначена угло­вая скорость коленчатого вала двигателя при максимальном значении мо­мента М_с = М_mах.