Расчет 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: Ne и 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·ωM /ωN , (1.2)
где: ωM - угловая скорость коленчатого вала при максимальном крутящем моменте, 1/с.
Для бензиновых автомобилей допустимо принять:
b = 1; a = 2-1 =1; с = 1.
Кривая крутящего момента строиться с использованием уравнения
, (1.3)
где: Me – 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: qeN – удельный расход топлива двигателем при Nemax , который может быть принят равным 280-320 г/кВт·ч для карбюраторных и210-240 г/кВтч – для дизельных двигателей (точные расходы для отечественных двигателей выпуска до 1994 года указаны на стр.561-563 ); kω – коэффициент влияния ωe на qe , 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 | |||||||
кВт | |||||||
нм | |||||||
г/(кВтч) |
Графики Ne , Me и qe от ωе приведены на рисунке 1.2
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.
Силового баланс автомобиля
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 Pk на ведущих колёсах определяется по формуле:
, (1.10)
где: Ме’ – текущее значение крутящего момента двигателя, соответствующее угловой скорости ωе 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 Ме’ определяется по формуле:
Ме’ = Ме ·Кр , (1.11)
итр – передаточное отношение трансмиссии. Определяется по формуле:
итр = икп ·игп .идп, (1.12)
где икп – передаточное отношение КПП (для каждой передачи, из исходных данных);
игп – передаточное отношение главной передачи (из исходных данных).
ηтр – КПД трансмиссии. Определяется по формуле:
ƞтр = 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.
rk – 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 e и соответствующей передаче определяется по формуле:
Va = ωe ·rk /итр , (1.15)
Сила сопротивления дороги равна, Н:
Рψ = Рf +Pi ; (1.16)
Рf = f ·Ga ·cos , (1.17)
где: f – коэффициент сопротивления качения; Gа - вес автомобиля, Н; – угол уклона дороги, град.
Рi = Ga ·sin ; (1.18)
С учетом того, что ·sin tq = i – характеристика подъема:
Рψ = Ga ·(f + i) ≈ Ga · ψ. (1.19)
где: ψ – коэффициент суммарного дорожного сопротивления;
Значения Рψ рассчитываются для горизонтального дороги с асфальтобетонным покрытием, следовательно ψ = f.
Величина коэффициента сопротивления качения для малой скорости, до 50 км/ч, принимается равной fo = 0,015.
Для скоростей движения, больших 50 км/ч, коэффициент сопротивления качения определяется по формуле:
f = fo ·[1+(0,020·Va) 2 ], (1.20)
где: Va – скорость автомобиля, м/с.
Сила сопротивления воздуха РВ определяется по формуле:
РВ = kВ ·F ·Va2, (1.21)
где: kВ – коэффициент сопротивления воздуха, Н·с2 ·м -4; F – площадь лобового сопротивления, м 2; Va – скорость автомобиля, м/с.
Коэффициент сопротивления воздуха принимается равным:
- для легковых автомобилей kВ = 0,17- 0,3 Н·с2 ·м -4
- для автобусов kВ = 0,25- 0,4 Н·с2 ·м -4
- для грузовых автомобилей kВ = 0,5- 0,7 Н·с2 ·м -4
- для автопоездов kВ = 0,55- 0,9 Н·с2 ·м -4
Площадь лобового сопротивления приближенно может быть определена по выражению:
F = ·Вг ·Нг , (1.22)
где: – коэффициент заполнения площади (для легковых автомобилей = 0,78-0,8; для грузовых = 0,75-0,9);
Вг и Нг - 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:
= + uкп + 1 (1.24)
где: uкп – 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 сводятся в таблице 1.3.
На рис. 1.2 приведен пример тяговой характеристики автомобиля.
Таблица 1.3 – Результаты расчета*
араметры | 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 |
Рис. 1.2 – 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.
1.3 Мощностной баланс автомобиля
Для получения графического изображения мощностного баланса автомобиля, воспользуемся следующим уравнением:
(1.25)
или
Nk = Nf +Ni +NB +Nи , (1.26)
где: Nk – мощность, подводимая к ведущим колёсам, кВт; Nf – мощность, затрачиваемая на сопротивление качению, кВт; Ni – мощность, сопротивлению подъёму, кВт; NB – мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления воздуха, кВт; Nи – мощность, затрачиваемая на разгон автомобиля, кВт.
Результаты расчетов сводятся в таблицу 1.4
Таблица 1.4 - 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 | ||||||||
кВт | ||||||||
кВт | ||||||||
кВт |
На основании данных таблицы 1.4 строим график мощностного баланса автомобиля.
На графике (рис. 1.3) 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. 1.3 –График мощностного баланса автомобиля
Дополнительное задание:
По графику мощностного баланса определить максимальный запас мощности на третьей передаче