Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

Эксплуатационные свойства автомобиля характеризуют возможность его эффективного использования в определенных условиях и дают возможность оценить степень соответствия конструкции требованиям эксплуатации.

В курсовой работе я анализирую тягово-скоростные свойства, которые определяют возможный диапазон скоростей движения, интенсивность и путь разгона в тяговом режиме, предельные дорожные условия, при которых автомобиль способен двигаться с заданными конструктивными параметрами. Чем лучше тягово-скоростные свойства, тем меньшие затраты времени на перевозку. Что положительно сказывается на его продуктивности.

В данной работе я буду производить расчетно-графический анализ для автомобиля МАЗ-5335, движущегося по дороге с коэффициентом суммарного дорожного сопротивления = 0,027.

Для заданной модели в курсовой работе выполняю необходимые расчеты на основании конкретных технических данных автомобиля. Строю графики и по ним анализирую тягово-скоростные свойства.

Произведенные расчеты свожу в таблицы, текст сопровождаю расчетными зависимостями с расшифровкой параметров.

1. Задание для расчетно-графического анализа и выбор исходных данных

Из справочника НИИАТ и документации на автомобиль выбираю для заданной модели автомобиля исходные данные для расчета и реальные значения основных параметров автомобиля для сравнения их с полученными расчётными.

а) Исходные данные для расчета

Вид автомобиля бортовой

Полная масса m, кг 14950

Марка и тип двигателя ЯМЗ-236,

дизель

Максимальная мощность N_emax, кВт 134

Частота вращения коленчатого вала двигателя при

максимальной мощности n_N , об/мин 2100

Наличие ограничителя частоты вращения вала двигателя есть

Передаточные числа:

- коробки передач U_k1 5,26

U_k2 2,9

U_k3 1,52

U_k4 1,0

U_k5 0,66

- главной передачи U₀ 7,73

Шины 300-508

Статический радиус колеса r_ст., м 0,505

Габаритные размеры:

- ширина В_Г, м 2,5

- высота Н_Г, м 2,75

КПД трансмиссии 0,85

Коэффициент сопротивления воздуха К, Нс²/м⁴ 0,55

б) Реальные значения основных параметров автомобиля для сравнения их с полученными расчетными

Максимальный крутящий момент двигателя М_еmах, Нм 666

Частота вращения вала двигателя при максимальном крутящем

моменте n_м, об/мин 1500

Максимальная скорость V_max, км/ч 80

1.1 Построение внешней скоростной характеристики двигателя

Для построения внешней скоростной характеристики поршневого двигателя внутреннего сгорания используют эмпирическую формулу, позволяющую по известным координатам одной точки скоростной характеристики (N_emax и n_N) воспроизвести всю кривую мощности:

,(1)

где N_e, кВт - текущее значение мощности двигателя, соответствующее частоте вращения вала двигателя n_N, об/мин;

N_emax, кВт - максимальная мощность двигателя при частоте вращения n_N , об/мин;

А₁, А₂ - эмпирические коэффициенты характеризующие тип двигателя внутреннего сгорания.

Значение эмпирических коэффициентов для дизельных двигателей принимаю: А₁ = 0,5; А₂ = 1,5

Для выбора текущего значения n диапазон частоты вращения вала двигателя от минимально устойчивых оборотов n_min до n_N разбиваю на 8 произвольных участков с постоянным интервалом n. Минимальную частоту вращения коленчатого вала n_min принимаем равным 450

об/мин.(2)

Определив N_e для принятых значений n, вычисляем соответствующие значения крутящего момента двигателя

. (3)

Результаты расчетов по формулам (1), (2), (3) свожу в таблицу 1.2 и строю внешнюю скоростную характеристику двигателя N_e=f(n) и M_e=f(n) (рисунок 1.2).

Таблица 1.2 - Внешняя скоростная характеристика ДВС

Параметр	Числовое значение
n, об/мин	450	725	1000	1275	1550	1825	2100
A1· n/nN	0,107	0,173	0,238	0,304	0,369	0,435	0,500
A2· (n/nN)2	0,069	0,179	0,340	0,553	0,817	1,133	1,500
A3· (n/nN)3	0,010	0,041	0,108	0,224	0,402	0,656	1,000
A1·(n/nN)+A2·(n/nN)2-A3· (n/nN)3	0,166	0,310	0,470	0,633	0,784	0,911	1,000
Ne, кВт	22,268	41,574	63,014	84,782	105,072	122,080	134,000
Me, Н·м	472,581	547,631	601,781	635,031	647,381	638,831	609,381



Рисунок 1.2 - Внешняя скоростная характеристика ДВС

1.2 Построение графиков силового баланса и динамической характеристики

Для различных передач и скоростей движения автомобиля рассчитываю значения составляющих уравнение силового баланса

. (4)

Тяговое усилие на ведущих колесах определяю из выражения, Н

, (5)

где r_д - динамический радиус колеса, который в нормальных условиях движения принимают равным r_ст, м.

Вторую составляющую силового баланса - силу суммарного дорожного сопротивления - определяю по формуле, Н

, (6)

где G = gm - полный вес автомобиля, Н;

g = 9,81 м/с² - ускорение свободного падения.

В расчетах не учитываю влияние скорости движения на коэффициент сопротивления качению, в связи с этим = const.

Для МАЗ-5335 G=9,8114950=146659,5 Н, а при заданном =0,027, Р=0,027146659,5=3959,8065 Н.

Сила сопротивления воздуха, Н

, (7)

где F - лобовая площадь автомобиля, м²;

V - скорость автомобиля, км/ч.

Лобовую площадь автомобиля определяю приближенно по формуле

, (8)

где - коэффициент заполнения площади; для своей модели автомобиля я принимаю = 0,8.

F = 0,82,52,75 = 5,5 м².

Сила сопротивления разгону, Н

, (9)

где - коэффициент, учитывающий влияние инерции вращающихся масс автомобиля;

j - ускорение автомобиля в поступательном движении, м/с² .

При построении и анализе графиков силового баланса величина P_j не рассчитывается, а определяется как разность тягового усилия Р_k и суммы сопротивлений движению P+P_w.

График силового баланса и все последующие строят в функции скорости автомобиля V, км/ч, которая связана с частотой вращения вала двигателя n зависимостью

, (10)

где r_k - радиус качения колеса, м, равный, при отсутствии проскальзывания, статическому радиусу r_ст.

Динамический фактор автомобиля D определяю для различных передач и скоростей движения по формуле

. (11)

Переменные по скорости величины Р_k, P_w и D рассчитываю по формулам (5), (7), (11) и свожу в таблицу 1.3. По рассчитанным величинам строю график силового баланса автомобиля и график динамической характеристики. Постоянные величины в формулах целесообразно для упрощения расчетов привести к общим коэффициентам. Так, для тягового усилия на первой передаче

Н.

Аналогично получаем Р_k2 = 36,6431М_е, Р_k3 = 19,206М_е, Р_k4 = 12,635М_е, Р_k5=8,33948М_е.

Для расчета скорости V на первой передаче

км/ч.

Аналогично для остальных передач

V₂ = 0,0087451n, V₃ = 0,0166848 n, V₄ = 0,0253609n, V₅ = 0,0384257n.

Для силы сопротивления воздуха

 Н.

Для построения графика силового баланса рассчитываю сумму P+P_w, которая зависит от скорости и не зависит от передаточного числа коробки передач. Поэтому расчет в данной курсовой работе выполнен применительно к скоростям, соответствующим высшей передаче.

Таблица 1.3 - Результаты расчётов силового баланса и динамической характеристики автомобиля

Параметр	Числовое значение
n, об/мин	450	725	1000	1275	1550	1825	2100
Me, Н· м	472,581	547,631	601,781	635,031	647,381	638,831	609,381
1-я передача Uk1	V, км/час	2,170	3,496	4,821	6,147	7,473	8,799	10,125
	Pk, Н	31409,224	36397,276	39996,249	42206,145	43026,964	42458,705	40501,368
	Pw, Н	1,099	2,852	5,426	8,821	13,036	18,072	23,929
	Pk-Pw, Н	31408,126	36394,424	39990,823	42197,325	43013,928	42440,633	40477,440
	D	0,214	0,248	0,273	0,288	0,293	0,289	0,276
2-я передача Uk2	V, км/час	3,935	6,340	8,745	11,150	13,555	15,960	18,365
	Pk, Н	17316,873	20066,939	22051,164	23269,548	23722,090	23408,792	22329,652
	Pw, Н	3,615	9,383	17,851	29,019	42,886	59,454	78,722
	Pk-Pw, Н	17313,258	20057,556	22033,313	23240,529	23679,204	23349,338	22250,930
	D	0,118	0,137	0,150	0,158	0,161	0,159	0,152
3-я передача Uk3	V, км/час	7,508	12,096	16,685	21,273	25,861	30,450	35,038
	Pk, Н	9076,430	10517,844	11557,851	12196,453	12433,647	12269,436	11703,817
	Pw, Н	13,158	34,154	64,978	105,629	156,109	216,416	286,551
	Pk-Pw, Н	9063,272	10483,690	11492,874	12090,823	12277,539	12053,020	11417,266
	D	0,062	0,071	0,078	0,082	0,084	0,082	0,078
4-я передача Uk4	V, км/час	11,412	18,387	25,361	32,335	39,309	46,284	53,258
	Pk, Н	5971,335	6919,634	7603,850	8023,982	8180,031	8071,997	7699,880
	Pw, Н	30,400	78,909	150,124	244,046	360,673	500,007	662,048
	Pk-Pw, Н	5940,935	6840,725	7453,725	7779,936	7819,358	7571,990	7037,832
	D	0,041	0,047	0,051	0,053	0,053	0,052	0,048
5-я передача Uk4	V, км/час	17,292	27,859	38,426	48,993	59,560	70,127	80,694
	Pk, Н	3941,081	4566,959	5018,541	5295,828	5398,821	5327,518	5081,921
	Pw, Н	69,789	181,150	344,638	560,252	827,992	1147,859	1519,853
	Pk-Pw, Н	3871,292	4385,808	4673,903	4735,576	4570,828	4179,659	3562,068
	D	0,026	0,030	0,032	0,032	0,031	0,028	0,024
P?+Pw, Н	4029,596	4140,957	4304,444	4520,058	4787,799	5107,666	5479,659
P?, H	3959,807	3959,807	3959,807	3959,807	3959,807	3959,807	3959,807
?	0,027	0,027	0,027	0,027	0,027	0,027	0,027



Рисунок 1.3 - Силовой баланс автомобиля



Рисунок 1.4 - Динамическая характеристика автомобиля

1.3

1.4 ОЦЕНКА ПОКАЗАТЕЛЕЙ РАЗГОНА АВТОМОБИЛЯ

Показатели разгона автомобиля представляют собой графики ускорений, времени и пути разгона в функции скорости.

Ускорение j для разных передач и скоростей определяю по значениям D из таблицы 1.3, использую формулу

, (12)

где _i=1.04+0.04U²_ki - коэффициент влияния вращающихся масс, предварительно рассчитывается для каждой передачи

₁ = 2,147; ₂ = 1,376; ₃ = 1,132; ₄ = 1,080, ₅ = 1,057.

Расчетные данные для построения графика ускорений свожу в таблицу 1.4, где также приводятся значения величин, обратных ускорениям 1/j, которые будут использованы при определении времени разгона автомобиля МАЗ-5335.

По данным таблицы 1.4 строю график ускорений и график величин, обратных ускорениям. При максимальной скорости для автомобиля МАЗ-5335 с ограничителем частоты вращения вала двигателя ускорение j=-0,03 м/с², а обратная величина 1/j=-39,746 с²/м, построение графика 1/j = f(V) ограничиваю последней точкой, примерно соответствующей V_max = 80,694 км/ч.

Таблица 1.4 - Результаты расчетов ускорений и величин, обратных ускорениям

Параметры	Числовое значение
n, об/мин	450	725	1000	1275	1550	1825	2100
Me, Н· м	472,581	547,631	601,781	635,031	647,381	638,831	609,381
1-я передача	V, км/час	2,170	3,496	4,821	6,147	7,473	8,799	10,125
	D	0,214	0,248	0,273	0,288	0,293	0,289	0,276
	D -y	0,187	0,221	0,246	0,261	0,266	0,262	0,249
	j, м/с2	0,855	1,011	1,123	1,191	1,217	1,199	1,138
	1/j, с2/м	1,169	0,989	0,891	0,839	0,822	0,834	0,879
2-я передача	V, км/час	3,935	6,340	8,745	11,150	13,555	15,960	18,365
	D	0,118	0,137	0,150	0,158	0,161	0,159	0,152
	D -y	0,091	0,110	0,123	0,131	0,134	0,132	0,125
	j, м/с2	0,649	0,782	0,878	0,937	0,958	0,942	0,889
	1/j, с2/м	1,541	1,278	1,139	1,067	1,043	1,061	1,125
3-я передача	V, км/час	7,508	12,096	16,685	21,273	25,861	30,450	35,038
	D	0,062	0,071	0,078	0,082	0,084	0,082	0,078
	D -y	0,035	0,044	0,051	0,055	0,057	0,055	0,051
	j, м/с2	0,301	0,385	0,445	0,480	0,491	0,478	0,440
	1/j, с2/м	3,317	2,595	2,247	2,082	2,035	2,092	2,270
4-я передача	V, км/час	11,412	18,387	25,361	32,335	39,309	46,284	53,258
	D	0,041	0,047	0,051	0,053	0,053	0,052	0,048
	D -y	0,014	0,020	0,024	0,026	0,026	0,025	0,021
	j, м/с2	0,123	0,178	0,216	0,237	0,239	0,224	0,191
	1/j, с2/м	8,150	5,604	4,621	4,227	4,183	4,470	5,246
5-я передача	V, км/час	17,292	27,859	38,426	48,993	59,560	70,127	80,694
	D	0,026	0,030	0,032	0,032	0,031	0,028	0,024
	D -y	-0,001	0,003	0,005	0,005	0,004	0,001	-0,003
	j, м/с2	-0,006	0,027	0,045	0,049	0,039	0,014	-0,025
	1/j, с2/м	-178,598	37,109	22,138	20,378	25,872	71,905	-39,746



Рисунок 1.5 - График ускорений автомобиля

двигатель автомобиль баланс скоростной



Рисунок 1.6 - График величин, обратных ускорениям

Время разгона определяем как интеграл функции

, (13)

графическим интегрированием функции 1/j=f(V), используя график величин, обратных ускорениям. Для этого площадь под кривыми 1/j=f(V) в интервале от V_min до V_max разбиваю на 8 произвольных участков. Переход с одной передачи на другую выбираю при наиболее близких значениях j и 1/j. При этом каждый участок ограничен частью оси абсцисс (V), частью кривой зависимости 1/j=f(V) и ординатами точек этой кривой, соответствующих начальной и конечной скоростям выбранного интервала. Площади этих участков представляют собой в определенном масштабе время разгона в соответствующем интервале скоростей на данной дороге. Время разгона автомобиля на i-м участке t_i (с) от скорости V_i до V_i+1 определяю как площадь F_ti на масштабы по оси абсцисс и ординат

, (14)

Где m_1/j [с² /(ммм)] и m_V [м/(смм)] - масштабы соответственно для величин обратных ускорениям и скорости; F_ti - площадь i-того участка на графике величин, обратных ускорениям, мм².

Так как на графике скорость представлена в км/ч (в масштабе m_v), то масштаб m_V определяем как m_V/3,6.

Таблица 1.5 - Результаты расчета времени разгона

Параметр	Значения параметра
V, км/ч	2,170	6,147	11,150	18,365	30,450	39,309	46,284	59,560	70,127
1/j, м/с2	1,169	0,839	1,067	1,125	2,092	4,183	4,470	25,872	71,905
Fti, мм2	0	3,995	4,769	7,908	19,438	27,798	30,175	201,412	516,609
S·Ft, мм2	0	3,995	8,76363	16,672	36,109	63,907	94,082	295,494	812,103
t, с	0	1,110	2,434	4,631	10,030	17,752	26,134	82,082	225,584

Подсчитав площади участков и нарастающую сумму площадей по формуле (14), определяю время разгона, результаты расчетов свожу в таблицу 1.5 и строю график времени разгона автомобиля МАЗ-5335.

Рисунок 1.7 - График времени разгона

Путь разгона определяю методом графического интегрирования функции t=f(V), то есть подсчетом соответствующих площадей графика времени разгона, поскольку V=dS/dt; dS=Vdt;

. (15)

Для этого площадь над кривой t=f(V) в интервале от Vmin до Vmax разбиваю на 8 произвольных участков. Каждый участок ограничен частью оси ординат (t), частью кривой t=f(V) и абсциссами точек этой кривой, соответствующих начальной и конечной скоростям выбранного интервала. Площади этих участков представляют собой в определенном масштабе путь разгона в соответствующем интервале скоростей на данной дороге. Путь разгона автомобиля на i-м участке Si (м) от скорости Vi, до Vi+1 определяю как площадь Fti на масштабы по оси абсцисс и ординат

, (16)

где mt [с/мм] - масштаб времени;

F_Si - площадь i-того участка на графике t = f(V), мм².

Подсчитав площади участков и нарастающую сумму площадей, по формуле (16), рассчитываю путь разгона S, результаты расчетов свожу в таблицу 1.6 и строю график пути разгона автомобиля МАЗ-5335.

Таблица 1.6 - Результаты расчетов пути разгона автомобиля

Параметр	Значения параметра
V, км/ч	2,170	6,147	11,150	18,365	30,450	39,309	46,284	59,560	70,127
t, с	0	1,110	2,434	4,631	10,030	17,752	26,134	82,082	225,584
Fsi, мм2	0	2,207	8,865	25,488	88,592	123,071	153,036	718,340	1625,561
S·Fs, мм2	0	2,207	11,072	36,559	125,151	248,222	401,259	1119,598	2745,160
S, м	0	0,613	3,075	10,155	34,764	68,951	111,461	310,999	762,544

Рисунок 1.8 - График пути разгона

1.5 Построение графика мощностного баланса автомобиля

Уравнения баланса мощности двигателя могут быть выражены через мощность двигателя Ne

, (17)

или через мощность на колесах N_k

, (18)

где N_r - мощность, теряемая в трансмиссии;

N, N_w - мощность, расходуемая на преодоление соответственно суммарных дорожных сопротивлений и сопротивления воздуха;

N_j - мощность, используемая для разгона.

Сначала вычисляю мощность на ведущих колесах N_k. Эту величину определяют через мощность N_e, развиваемую на коленчатом валу двигателя, с учетом потерь в трансмиссии

. (19)

Значения мощностей N и N_w рассчитываю с использованием величин Р, и P_w, взятых из таблицы 1.3 для высшей передачи с целью обеспечения всего диапазона скоростей движения автомобиля МАЗ-5335

, (20)

. (21)

Полученные значения величин N и N_w суммирую.

Из таблицы 1.4 беру также значения скоростей движения автомобиля на всех передачах, соответствующие принятым ранее величинам частоты вращения коленчатого вала двигателя. Данные расчетов свожу в таблицу 1.7 и по ним строю график мощностного баланса автомобиля МАЗ-5335.

На графике мощностного баланса строю следующие зависимости мощностей от скорости движения автомобиля

N_e = f(V) - только для высшей передачи;

N_k = f(V) - для всех передач;

N_V = f(V) и N+N_w = f(V).

Мощности Nr и Nj определяются на графике как разности N_r=N_e-N_k, N_j=N_k- (N+N_w).

Таблица 1.7 - Результаты расчетов составляющих баланс мощности

Параметр	Числовое значение
n, об/мин	450	725	1000	1275	1550	1825	2100
Ne, кВт	22,268	41,574	63,014	84,782	105,072	122,080	134,000
Nk, кВт	18,928	35,338	53,562	72,064	89,311	103,768	113,900
V , км/ч	Uk1	2,170	3,496	4,821	6,147	7,473	8,799	10,125
	Uk2	3,935	6,340	8,745	11,150	13,555	15,960	18,365
	Uk3	7,508	12,096	16,685	21,273	25,861	30,450	35,038
	Uk4	11,412	18,387	25,361	32,335	39,309	46,284	53,258
	Uk5	17,292	27,859	38,426	48,993	59,560	70,127	80,694
N? , кВт	19,020	30,643	42,266	53,889	65,513	77,136	88,759
Nw , кВт	0,335	1,402	3,679	7,625	13,699	22,360	34,067
N?+Nw , кВт	19,355	32,045	45,945	61,514	79,211	99,496	122,826

Рисунок 1.9 - График мощностного баланса автомобиля

1.6 Анализ тягово-скоростных свойств автомобиля

Согласно внешней скоростной характеристики двигателя М_mах=647,381 Нм, рассчитанное значение немного меньше реального значения, а n_м=1550 об/мин - больше реального значения, что объясняется приближенностью исходной формулы (1). По значениям М_еmax и M_N (которое равно 609,381 Нм) определяю коэффициент приспособляемости двигателя

. (22)

По графику силового баланса определяю максимально возможную скорость движения автомобиля V_max для заданных дорожных условий (). Ее можно определить также по динамической характеристике, графику ускорений и мощностному балансу автомобиля. При правильном построении указанных зависимостей максимальные значения скорости будут для всех графиков одинаковы. По динамической характеристике автомобиля для каждой передачи определяю максимальное дорожное сопротивление _maxi, которое может преодолеть автомобиль, критическую скорость V_kpi и максимальный преодолеваемый продольный уклон дороги i_maxi при коэффициенте сопротивления качению f = 0,10 (грунтовая дорога после дождя).

Определяю максимальный преодолеваемый продольный уклон дороги

. (23)

Для большей наглядности полученное значение уклона представляем в процентах.

Для автомобиля МАЗ-5335 перечисленные параметры свожу в таблицу 1.8.

По графику ускорений определяю максимальное ускорение j_max для каждой передачи и оптимальные скорости перехода V_nep с одной передачи на другую на данной дороге.

С помощью графиков времени и пути разгона для принятого дорожного сопротивления определяю соответственно время и путь разгона автомобиля до скорости 60 км/ч.

Для автомобиля МАЗ-5335 перечисленные параметры свожу в таблицу 1.8.

Таблица 1.8 - Конечные результаты расчетов автомобиля

Параметр	Числовое значение
	I	II	III	IV	V
Vmax , км/ч	10,125	18,365	35,038	53,258	80,694
Vкр, км/ч	7,473	13,555	25,861	39,309	48,993
Vпер, км/ч	10,125	18,365	35,038	53,258	---
Dmax	0,293	0,161	0,084	0,053	0,032
ymax	0,293	0,161	0,084	0,053	0,032
jmax, м/с2	1,217	0,958	0,491	0,239	0,049
imax, %	19,329	6,146	-1,629	-4,668	-6,771
tV60	82,000
SV60	320,000

ВЫВОД

В данной работе был проведен анализ тягово-скоростных свойств автомобиля МАЗ-5335 для дороги с коэффициентом суммарного дорожного сопротивления = 0,027. Были построены графики внешней скоростной характеристики, силового баланса, ускорений, мощностного баланса, а также графики времени и пути разгона автомобиля.

Размещено на Allbest.ru

...