Автотранспортные средства

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Специалист по сервису в сфере автотранспортных средств (АТС), зная их тягово-скоростные, тормозные и топливно-экономические характеристики, может на основе контрольных заездов с разгонами и торможениями или испытаний на тягово-экономическом стенде, установить наличие дефектов в силовой установке, трансмиссии и тормозной системе и организовать их своевременный ремонт.

В связи с этим при выполнении курсовой работы по дисциплине "Автотранспортные средства" проводится расчетно-графическое определение тягово-скоростных и тормозных характеристик заданной базовой модели АТС.

Цель данной работы:

- получить практические навыки построения и аппроксимации внешних характеристик двигателя по заданным результатам стендовых испытаний,

- усвоить и повторить основные положения теории прямолинейного движения ТС,

- приобрести опыт в практическом выполнении тягового расчета и показателей оценки тормозных свойств.

1. Исходные данные

Таблица 1.1

№	ma, кг	r, м	a	p	Fлоб, м2	kв, Нс2/м4	Тип двиг.	Ne, квт	nmin, Об/мин	Nmax, Об/мин	Шmax
4	1100	0.35	0.006	4	1.7	0.15	к	50	800	4000	0,26

Где: m_a - полная масса автотранспортного средства (АТС), кг;

r_g - динамический радиус ведущих колес, м; p - число передач;

F_лоб - площадь лобовой проекции АТС, м²;

k_в - коэффициент аэродинамического сопротивления, Н*с²/м⁴;

N_{e max} - величина максимальной мощности двигателя, кВт;

n - частота вращения коленчатого вала двигателя, об/мин;

Ш_max - величина максимального дорожного сопротивления;

a - эмпирический коэффициент, входящий в формулу для расчета коэффициента учета вращающихся масс д.

1.1 Внешние характеристики двигателя

Внешняя скоростная характеристика двигателя е (п) задается таблично в относительных единицах Nе, Ne _max в функции от п, где п текущая частота вращения коленчатого вала, заданной в отношении к п max - максимально устойчивой частоты вращения коленчатого вала.

В табл. 1.2 приведены результаты экспериментального исследования характеристик карбюраторного двигателя, а в табл.1.3 - дизельного в относительных единицах частот и мощностей.

Таблица 1.2 Карбюраторные двигатели

n/nmax	0.2	0.3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0
Ne/Nemax	0,214	0,478	0,648	0,76	0,891	0,942	1,0	0,985	0,956

2. Расчет тягово-скоростных показателей АТС

2.1 Расчет и построение внешних характеристик ДВС

Для построения внешней характеристики N_e(п) используются данные таблицы 1.2.

Для построения внешней характеристики М_е (п) используется зависимость:

где (2.1)

Результаты расчета по формуле (2.1) сводятся в табл. 2.1

Таблица 2.1

n/n max	n, об/мин	щ, 1/с	Ne / Ne max	Ne max, кВт	Ме, Нм
0,2	800	83,7	0,214	10,7	127,8
0,3	1200	125,6	0,478	23,9	190,3
0,4	1600	167,5	0,648	32,4	193,4
0,5	2000	209,3	0,760	38	181,6
0,6	2400	251,2	0,891	44,55	177,3
0,7	2800	293,1	0,942	47,1	160,7
0,8	3200	334,9	1,0	50	149,3
0,9	3600	376,8	0,985	49,25	130,7
1,0	4000	418,6	0,956	47,8	114,2

В табл. 2.1 в приведены результаты расчета внешних характеристик карбюраторного двигателя с параметрами N_{e max} = 50 кВт, n _min = 800 об/мин и n _max = 4000 об/мин, в которой выделен рабочий диапазон частот от ю _м = 167,5 1/с, соответствующей величине максимального момента М _{е max} = 193,4 Нм, до ю _N = 334,9 1/с, соответствующей величине максимальной мощности N _{e max} = 50 кВт. На рис. 2.1 представлены графические изображения экспериментальных внешних мощностной и моментной характеристик.

Рис. 2.1 Внешние характеристики заданного ДВС: а - мощностная, б - моментная

2.2 Определение величины максимальной скорости движения АТС

Расчет максимальной скорости движения автотранспортного средства V_max производится на основе графо-аналитического решения уравнения мощностного баланса:

(2.2)

где: N_т - величина тяговой мощности на ведущих колесах: N_т = N_е;

N_д - величина мощности дорожных сопротивлений: N_д = f G_а V;

N_в - величина мощности сопротивления воздуха: N_в = k_в F_лоб V ³;

f - коэффициент сопротивления качению колес, принимаемой в расчете 0,02; G_а - вес АТС в ньютонах; F_лоб - величина площади лобовой проекции АТС в м²; V - скорость движения АТС в м/с;

k_в - коэффициент аэродинамического сопротивления АТС;

з _т - коэффициент полезного действия трансмиссии АТС.

Для определения приведенных выше мощностей по соответствующим формулам находятся суммарные затраты мощности на преодоление сопротивлений движению при постоянной скорости. По формуле для определения N_т выбираем величину к.п.д. АТС, из диапазона 0,85 - 0,95, на графике отмечаем соответствующую ординату и проводим линию, параллельную абсциссе, точку пересечения которой с кривой суммарных мощностей сопротивления движению проектируем на ось абсцисс и получаем величину V_max. Таким способом графически находится решение уравнения

N_{e max *} з_т = f*G_a*V + k_в*F_лоб* V³ (2.3)

Для графического решения уравнения (2.3) предварительно рассчитываются коэффициенты при V и V³.

f = 0,02, G_a = m_a*g = 1100*9,8 Н=10780 Н, з_т=0,85, k_в=0,15 Н*с²/м⁴, F _лоб = 1,7 м²

N_д = 0,02*10780*10= 2156

N_д = 0,02*10780*20= 4312

N_д = 0,02*10780*30= 6468

N_д = 0,02*10780*40= 8624

N_д = 0,02*10780*50= 10780

N_д = 0,02*10780*60= 12936 N_в = 0,15*1,7*10³= 255

N_в = 0,15*1,7*20³= 2040

N_в = 0,15*1,7*30³= 6885

N_в = 0,15*1,7*40³= 16320

N_в = 0,15*1,7*50³= 31875

N_в = 0,15*1,7*60³= 55080

N_T=2156+255= 2411

N_T=4312+2040= 6352

N_T=6468+6885=13353

N_T=8624+16320= 24944

N_T=10780+31875= 42655

N_T=12936+55080= 68016

215,6*10+0,255*1000= 2411

215,6*20+0, 255*8000= 6352

215,6*30+0, 255*27000= 13353

215,6*40+0, 255*64000= 24944

215,6*50+0, 255*125000= 42655

215,6*60+0, 255*216000= 68016

В результате получим следующее уравнение:

215,6*V+0.33*V³=42500 (2.4)

Результаты расчетов сводятся в табл.2.2

Таблица 2.2

V, м/с	N д, Вт	V3, м3 / с3	Nв, Вт	N д + Nв, Вт
10	2156	1000	255	2411
20	5488	8000	2040	6352
30	6468	27000	6885	13353
40	8624	64000	16320	24944
50	10780	125000	31875	42655
60	12936	216000	55080	68016

Рис. 2.2. Графическое решение уравнения (2.4)

Графическое решение уравнения (2.4) привело к результату V_max = 50 м/с.

2.3 Расчет передаточных отношений трансмиссии

2.3.1 Расчет передаточных отношения главной передачи

Для определения передаточного отношения главной передачи используется соотношение:

u _гп = щ _N * r _g / v _max, (2.5),

где r _g - динамический радиус ведущего колеса.

r _g = 0,35 м. Откуда

u _гп = 334,9 * 0,35/50 = 2,34

2.3.2 Расчет передаточного отношения 1-й передачи

Для определения передаточного отношения 1-й передачи используется значение максимального коэффициента дорожного сопротивления движению АТС ш _max.

Величина передаточного отношения 1-й передачи рассчитывается по формуле:

u ₁ = ш _max * m _а * g * r _g / M_{e max} * u_гп * з _т (2.6),

Ш_max = 0,3. Откуда

u₁ = 0,3*1100*9,8*0,35/193,4*2,34*0,85=2,82

2.3.3 Расчет передаточных отношений промежуточных передач

Выбирая метод разбивки передач по геометрической прогрессии и принимая n - ю передачу за прямую с u _n = 1, получаем

u₁ = q ^(n-1) * u _n (2.7),

где q - знаменатель прогрессии.

Следовательно:

u₂ = u₁ / q, u₃ = u₂ / q = u₁ / q ² и т.д.

q=1,41

Откуда при n=4 передаточные отношения промежуточных передач примут значения:

u₂=2. u₃=1,41. u₄=1

2.3.4 Расчет и построение тяговой характеристики

Тяговая характеристика АТС, представляющая собой зависимость силы тяги ведущих колес (Р_т) от скорости движения V на всех передачах, рассчитывается по формулам:

Р _тi = М _{е i} * з _т * u _i* * u _гп / r_g и V _i = щ _i *r_g / u _i * u _гп (2.8)

где i - номер передачи.

P_T1=127,8*0,85*2,82*2,34/0,35=2135,6

P_T1=190,3*0,85*2,82*2,34/0,35=3180

P_T1=193,4*0,85*2,82*2,34/0,35=3231,8

P_T1=181,6*0,85*2,82*2,34/0,35=3034,6

P_T1=177,3*0,85*2,82*2,34/0,35=2962,8

P_T1=160,7 *0,85*2,82*2,34/0,35=2685

P_T1=149,3*0,85*2,82*2,34/0,35=2494,9

P_T1=130,7*0,85*2,82*2,34/0,35=2184

P_T1=114,2*0,85*2,82*2,34/0,35=1908,3

P_T3=127,8*0,85*1,41*2,34/0,35=1181,6

P_T3=190,3*0,85*1,41*2,34/0,35=1759,4

P_T3=193,4*0,85*1,41*2,34/0,35=1788,1

P_T3=181,6*0,85*1,41*2,34/0,35=1678,9

P_T3=177,3*0,85*1,41*2,34/0,35=1639,2

P_T3=160,7 *0,85*1,41*2,34/0,35=1485

P_T3=149,3*0,85*1,41*2,34/0,35=1380,4

P_T3=130,7*0,85*1,41*2,34/0,35=1208,4

P_T3=114,2*0,85*1,41*2,34/0,35=1055,9

P_T2=127,8*0,85*2*2,34/0,35=1676

P_T2=190,3*0,85*2*2,34/0,35=2495,7

P_T2=193,4*0,85*2*2,34/0,35=2536,3

P_T2=181,6*0,85*2*2,34/0,35=2381,6

P_T2=177,3*0,85*2*2,34/0,35=2325,2

P_T2=160,7 *0,85*2*2,34/0,35=2107,5

P_T2=149,3*0,85*2*2,34/0,35=1957,9

P_T2=130,7*0,85*2*2,34/0,35=1714

P_T2=114,2*0,85*2*2,44/0,35=1497,7

P_T4=127,8*0,85*1*2,44/0,35=757,3

P_T4=190,3*0,85*1 *2,44/0,35=1127,7

P_T4=193,4*0,85*1*2,34/0,35=1146

P_T4=181,6*0,85*1*2,34/0,35=1076,1

P_T4=177,3*0,85*1*2,34/0,35=1050,6

P_T4=160,7 *0,85*1*2,34/0,35=952,3

P_T4=149,3*0,85*1*2,34/0,35=884,7

P_T4=130,7*0,85*1*2,34/0,35=774,5

P_T4=114,2*0,85*1*2,34/0,35=676,7

V₁=83,7*0,35/2,82*2,34=4,3

V₁=125,6*0,35/2,82*2,34=6,4

V₁=167,5*0,35/2,82*2,34=8,5

V₁=209,3*0,35/2,82*2,34=10,6

V₁=251,2*0,35/2,82*2,34=12,8

V₁=293,1*0,35/2,82*2,34=14,9

V₁=334,9*0,35/2,82*2,34=17

V₁=376,8*0,35/2,82*2,34=19,2

V₁=418,6*0,35/2,82*2,34=21,3

V₂=83,7*0,35/2*2,34=6

V₂=125,6*0,35/2*2,34=9

V₂=167,5*0,35/2*2,34=12

V₂=209,3*0,35/2*2,34=15

V₂=251,2*0,35/2*2,34=18

V₂=293,1*0,35/2*2,34=21

V₂=334,9*0,35/2*2,34=24

V₂=376,8*0,35/2*2,34=27

V₂=418,6*0,35/2*2,34=30

V3=83,7*0,35/1,41*2,44=8,5

V3=125,6*0,35/1,41*2,44=12,8

V3=167,5*0,35/1,41*2,44=17

V3=209,3*0,35/1,41*2,44=21,3

V3=251,2*0,35/1,41*2,44=25,6

V3=293,1*0,35/1,41*2,44=29,8

V3=334,9*0,35/1,41*2,44=34

V3=376,8*0,35/1,41*2,44=38,3

V3=418,6*0,35/1,41*2,44=42,6

V4=83,7*0,35/2,44=12

V4=125,6*0,35/2,44=18

V4=167,5*0,35/2,44=24

V4=209,3*0,35/2,44=30

V4=251,2*0,35/2,44=36

V4=293,1*0,35/2,44=42

V4=334,9*0,35/2,44=48

V4=376,8*0,35/2,44=54

V4=418,6*0,35/2,44=60

Результаты расчета по формулам (2.8) сводятся в табл. (2.3).

Таблица 2.3

щi, 1//с	Меi, Нм	Рт 1, Н	V м / с	Рт2 Н	V м / с	Рт3 Н	V м / с	Рт4 Н	V м / c
83,7	127,8	2135,6	4,3	1676	6	1181,6	8,5	757,3	12
125,6	190,3	3180	6,4	2495,7	9	1759,4	12,8	1127,7	18
167,5	193,4	3231,8	8,5	2536,3	12	1788,1	17	1146	24
209,3	181,6	3034,6	10,6	2381,6	15	1678,9	21,3	1076,1	30
251,2	177,3	2962,8	12,8	2325,2	18	1639,2	25,6	1050,6	36
293,1	160,7	2685	14,9	2107,5	21	1485	29,8	952,3	42
334,9	149,3	2494,9	17	1957,9	24	1380	34	884,7	48
376,8	130,7	2184	19,2	1714	27	1208,4	38,3	774,5	54
418,6	114,2	1908,3	21,3	1497,7	30	1055,9	42,6	676,7	60

На рис. 2.3 построена тяговая характеристика АТС.

Рис. 2.3 Тяговая характеристика АТС

3. Динамические показатели АТС

3.1 Расчет и построение динамической характеристики АТС

Динамическая характеристика АТС, представляющая собой зависимость динамического фактора Dш от скорости движения V и вычисляется по формуле:

D _шik = (P_{т ik} - P_{в ik}) / m _a * g, (3.1)

где Р _{т ik} - величина тяговой силы на i - ой передаче и k - ой частоте вращения коленчатого вала двигателя щ_k,

Р_{в ik} - величина силы сопротивления воздуха в тех же режимах движения.

D _шik = (2135,6- 4,7)/1100*9,8=0,1976

D _шik = 3213,4/1100*9,8=0,29

D _шik = 2921/1100*9,8=0,2709 D _шik = 2421,5/1100*9,8=0,224

D _шik = 1792,6/1100*9,8=0,1662

Расчет величин динамического фактора и соответствующих скоростей движения АТС целесообразно вести при следующих значениях частот вращения коленчатого вала двигателя:

щ _cp = (щ _M + щ _N) / 2 (3.2)

щ _cp = (167,5 + 334,9) / 2=251,2

где щ _min - минимальная частота вращения коленчатого вала,

щ _M - частота вращения вала при максимальном моменте,

щ _cp - середина рабочего диапазона частот вращения коленчатого вала,

щ _N - частота вращения вала при максимальной мощности двигателя,

щ _max - максимальная частота вращения коленчатого вала.

Результаты расчета динамических характеристик сводятся в таблицы:

Расчет динамической характеристики АТС для 1-й передачи.

Таблица 3.1

щ, 1/с	Pт, Н	V, м/с	Pв, Н	(P т - Pв),Н	Dш
83,7	2135,6	4,3	4,7	2130,9	0,1976
167,5	3231,8	8,5	18,4	3213,4	0,29
251,2	2962,8	12,8	41,8	2921	0,2709
334,9	2494,9	17	73,4	2421,5	0,224
418,6	2432,5	23,4	241	1792,6	0,1662

Расчет динамической характеристики АТС для 2-й передачи.

Таблица 3.2

щ, 1/с	Pт, Н	V, м/с	Pв, Н	(P т - Pв),Н	Dш
83,7	1676	6	9,18	1666,8	0,154
167,5	2536,3	12	36,72	2499,6	0,23
251,2	2325,2	18	82,62	2242,58	0,208
334,9	1957,9	24	146,9	1811	0,167
418,6	1497,7	30	229,5	1268,2	0,117

Расчет динамической характеристики АТС для 3-й передачи.

Таблица 3.3

щ, 1/с	Pт, Н	V, м/с	Pв, Н	(P т - Pв),Н	Dш
83,7	1181,6	8,3	17,57	1164,3	0,108
167,5	1788,1	16,6	70,3	1717,3	0,159
251,2	1639,2	24,9	158,1	1481,1	0,137
334,9	1380	34	294,8	1085,2	0,1006
418,6	1055,9	42,6	462,7	593,2	0,055

Расчет динамической характеристики АТС для 4-й передачи.

Таблица 3.4

щ, 1/с	Pт, Н	V, м/с	Pв, Н	(P т - Pв),Н	Dш
83,7	757,3	12	36,72	720,6	0,067
167,5	1146	24	146,9	999,1	0,093
251,2	1050,6	36	330,48	720,12	0,067
334,9	884,7	48	587,5	297,2	0,028
418,6	676,7	60	918	-241,3	-0,022

3.2 Расчет и построение характеристики разгона АТС

Здесь предлагается упрощенный метод построения характеристики разгона АТС по величинам средних значений ускорений разгона на передачах и без учета потерь скорости движения при переключении передач.

Величина среднего значения ускорения на i -ой передаче рассчитывается по формуле:

j _{i cp} = (D_{ш i cp} - f)*g / д _i, (3.3)

где D_{ш i cp}- величина среднего динамического фактора на i -ой передаче;

f - коэффициент сопротивления качению колес АТС на асфальте (0,02),

д - коэффициент учета вращающихся масс, вычисляемый по формуле (3.4):

д _i = 1,03 + a*u _i² (3.4)

д ₁ = 1,03 + 0,006*2,82²=1,057

д ₂ = 1,03 + 0,006*2²=1,054

д ₃ = 1,03 + 0,006*1,31²=1,04

д ₄ = 1,03 + 0,006*1²=1,035

j _{1 cp} = (0,2709-0,02)*9,8/1,057=2,33

j _{2 cp} = (0,208-0,02)*9,8/1,045=1,76

j _{3 cp} = (0,137-0,02)*9,8/1,039=1,103

j _{4 cp} = (0,067-0,02)*9,8/1,035=0,45

После определения средних величин ускорений разгона на всех передачах рассчитываются величины времени разгона на каждой передаче по формулам:

t _{р i} = ( V i _к - V i _н ) / j _{i ср}, (3.5)

где V _{i н} и V_{i к} - начальные и конечные скорости разгона на i -ой передаче.

Естественно, что при разгоне с места на 1-й передаче V_1н = 0, а за V_1к принимается скорость, при которой тяговая характеристика 2-й передачи имеет максимум (см. табл. 2.3), т.е. когда происходит переключение на 2-ю передачу. Эта же скорость является начальной для разгона на 2-й передаче и т.д.

t _{р 1} = ( 8,5 - 0) / 2,33=3,7

t _{р 2} = ( 12- 8,5) / 1,76=1,9

t _{р 3} = ( 16,6 - 12) / 1,103=4,2

t _{р 4} = ( 24- 16,6) / 0,45=16,4

В табл. 3.5 приведены результаты расчета динамических факторов (D_Ш), коэффициентов учета вращающихся масс (д) и средних величин разгона выбранного варианта АТС (j).

Таблица 3.5

передача	DШ	DШ - f	д	j, м/с2	Vн,м/с	Vк,м/с	tр, с
1	0,2709	0,2509	1,074	2,33	0	8,5	4,4
2	0,208	0,188	1,054	1,76	8,5	12	2,2
3	0,137	0,117	1,042	1,103	12	16,6	3,9
4	0,067	0,047	1,030	0,45	16,6	24	18,6

По данным табл. 3.5 строится характеристика разгона АТС как функция V(t).

4. Расчет и построение характеристик торможения АТС

4.1 Расчет величин времени и тормозного пути при экстренном торможении

Параметры экстренного торможения рассчитываются для легковых автомобилей от скорости 20 м/с, а для грузовых от скорости 15 м/с до полной остановки на трассах с параметрами, приведенными в табл. 4.1.

Таблица 4.1

Трасса	Сцепление ц	Сопр. качению ш
1	0,8	0,02
2	0.6	0,05
3	0,4	0,08

Время экстренного торможения определяется по формуле (4.1):

Т_т = V / j_зам, (4.1)

j_зам = (ц + ш)*g

S _т = V*T/2 (4.2)

j_зам = (0,8+0,02)*9,8=8,036

j_зам = (0,6 + 0,05)*9,8=6,37

j_зам = (0,4 + 0,08)*9,8=4,704

Т_т=20/8,036=2,5

Т_т=20/6,37=3,1

Т_т=20/4,704=4,3

S _т = 20*2,5/2=25

S _т = 20*3,1/2=31

S _т = 20*4,3/2=43

4.2 Расчет показателей рабочего торможения

Величина замедления при рабочем торможении рассчитывается по формуле(4.3):

j _рз = ( P _кт + P_ш + Р _в ) / m_a, (4.3)

где Р _кт - сила торможения колесными тормозами, принимаемая равной 0,25 G_a;

Р_ш - сила сопротивления качению колес (табл. 4.1);

Р_в - сила сопротивления воздуха при скорости движения АТС, равной половине скорости начала торможения;

Расчет времени торможения и тормозного пути проводится для трех условий движения.

j _рз = ( 2695 + 274,4 + 176 ) / 1100=2,86

j _рз = ( 2695 + 686 + 176 ) / 1100=3,23

j _рз = ( 2695 + 1097,6 + 176 ) / 1100=3,608

Заключение

скоростной тормозной автотранспортный двигатель

В данной курсовой работе были охвачены следующие разделы курса:

· Внешние характеристики двигателя;

· Тяговые и динамические характеристики АТС;

· Приемистость и характеристики разгона АТС в заданных дорожно-грунтовых условиях;

· Тормозные свойства автотранспортных средств.

В результате выполнения курсовой работы мною были получены практические навыки построения и аппроксимации внешних характеристик двигателя по заданным результатам стендовых испытаний, а также усвоены основные положения теории прямолинейного движения ТС. Приобретен опыт в практическом выполнении тягового расчета и показателей оценки тормозных свойств.

Литература

1. А.С. Литвинов, Я.Е. Фаробин, Теория эксплуатационных свойств автомобиля. Машиностроение, 1989 год.

2. Н.В. Диваков, Н.А. Яковлев, Теория автомобиля. "Высшая школа", Москва, 1962 год.

3. А.С. Антонов и др. Армейские автомобили, Воениздат, Москва, 1970 год.

4. Г.С. Сухов, А.В. Боровиков, И.Х. Эмиров и д.р., Требования к оформлению письменных работ студентов (рефераты, контрольные, курсовые и дипломные работы). Практическое пособие. - СПб; Изд-во СПбГАСЭ, 2004. - 35с.

Размещено на Allbest.ru

...