Расчет тягово-эксплуатационных характеристик автомобиля
Техническая характеристика автомобиля. Тепловой расчет двигателя внутреннего сгорания. Параметры цикла, процесса впуска и сжатия. Определение индикаторных показателей рабочего цикла и эффективных показателей двигателя. Топливная экономичность автомобиля.
Рубрика | Транспорт |
Вид | курсовая работа |
Язык | русский |
Дата добавления | 10.11.2016 |
Размер файла | 1,4 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное бюджетное государственное образовательное учреждение высшего образования
«ОРЛОВСКИЙ государственный университет ИМЕНИ И.С. ТУРГЕНЕВА»
Институт транспорта
Кафедра «ПТСиДМ»
Дисциплина: «Автомобили и тракторы»
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
«Расчет тягово-эксплуатационных характеристик автомобиля»
Выполнил студент Чукалов М.Ю.
Шифр 135014
Группа 31-НТС
Направление 23.05.01
Принял преподаватель Паничкин А.В.
Орел 2016
Содержание
Введение
1. Техническая характеристика автомобиля ГАЗ-24-02
2.Тепловой расчет двигателя внутреннего сгорания
2.1 Общие положения
2.2 Расчет параметров цикла
2.2.1 Расчет параметров рабочего тела
2.2.2 Расчет процесса впуска
2.2.3 Расчет процесса сжатия
2.2.4 Расчёт процесса сгорания
2.2.5 Расчет процесса расширения
2.3 Определение индикаторных показателей рабочего цикла
2.4 Определение эффективных показателей двигателя
2.5 Построение индикаторной диаграммы
3. Тягово-экономический расчет автомобиля
3.1 Внешняя скоростная характеристика двигателя
3.2 Тягово-скоростная характеристика автомобиля
3.3 Динамическая характеристика автомобиля
3.4 График ускорений автомобиля
3.5 Время и путь разгона автомобиля
3.6 Мощностной баланс автомобиля
3.7 Тормозной и остановочный пути автомобиля
3.8 Топливная экономичность автомобиля
Заключение
Список использованных источников
Введение
автомобиль внутренний сгорание двигатель
В результате интенсивного совершенствования конструкции отечественных автомобилей, более частого обновления выпускаемых моделей, придания им высоких потребительских качеств, отвечающих современным требованиям, возникает необходимость повышения уровня подготовки инженеров по специальности «Наземные транспортно-технологические средства». Разнообразие условий эксплуатации обусловило широкую специализацию автотранспортных средств, которые отличаются специфическими свойствами, обеспечивающими их использование в конкретных условиях с наибольшей эффективностью. При проектировании инженеру-конструктору следует знать, какой совокупностью свойств должен обладать автомобиль, чтобы наилучшим образом выполнять те производственные функции, для которых он предназначен. Инженеру по эксплуатации знание свойств различных автомобилей помогает выбирать те из них, которые наилучшим образом соответствуют характеристикам перевозимых грузов и условиям перевозок, дает возможность разрабатывать оптимальную стратегию перевозок, оптимальные методы поддержания в эксплуатации свойств, заложенных при проектировании производстве (потенциальных свойств), и восстановления их в процессе ремонта. Инженер по организации движения должен знать, какими свойствами обладают автомобили, чтобы на дорогах различных категорий вероятность возникновения дорожно-транспортных происшествий была возможно меньшей; какие ограничения должны накладываться на параметры движения в соответствии со свойствами автомобилей.
Двигатели внутреннего сгорания являются самыми распространенными энергетическими установками, применяемыми в наземных транспортно-технологических машинах. В мировом энергетическом балансе они занимают первое место, как в количественном отношении, так и по количеству вырабатываемой мощности. Большое распространение этих двигателей обусловлено, прежде всего, потребностью различных отраслей экономики и техники в стационарных и, в первую очередь в мобильных энергетических установках, использующих широко распространенное углеводородное топливо с высокой теплотой сгорания, к тому же хорошо испаряющееся и смешивающееся с практически бесплатным окислителем - кислородом воздуха. По сравнению с другими тепловыми двигателями, двигатели внутреннего сгорания имеют сравнительно высокий коэффициент полезного действия, достаточно компактны и малогабаритны, способны развивать высокую мощность и работать на переменных режимах. Они обладают отработанной технологией при производстве и эксплуатации.
В области развития и совершенствования автомобильных двигателей основными задачами являются: улучшение топливной экономичности и снижение удельной массы двигателей, стоимости их производства и эксплуатации. На принципиально новый уровень ставится борьба с токсичными выбросами двигателей в атмосферу, а также задачи по снижению шума и вибрации в процессе их эксплуатации.
Выполнение сегодняшних задач требует от специалистов, связанных с производством и эксплуатацией автомобильных двигателей, глубоких знаний
Курсовой проект является завершающим этапом изучения предмета «Автомобили и тракторы» и предназначен для закрепления и углубления знаний по теории и конструкции автомобилей. Курсовое проектирование ставит перед студентом следующие основные задачи:
1) систематизация, закрепление и углубление теоретических знаний, полученных при изучении предмета;
2) изучение теоретических основ конструкции автомобилей;
3) выполнение расчетов основных технико-экономических показателей автомобиля, строить графики и зависимости на их основе;
4) выполнение анализа конструкции автомобиля и уметь характеризовать их рабочие процессы.
1. Техническая характеристика автомобиля ГАЗ-24-02
Показатель |
Значение |
|
Длина, мм |
4735 |
|
Ширина, мм |
1820 |
|
Высота, мм |
1540 |
|
Колесная база, мм |
2800 |
|
Колея передних колес |
1476 |
|
Колея задних колес |
1420 |
|
Клиренс, мм |
174 |
|
Снаряженная масса, кг |
1550 |
|
Масса, приходящаяся на переднюю ось, кг |
725 |
|
Масса, приходящаяся на заднюю ось, кг |
825 |
|
Максимальная скорость, км/ч |
145 |
|
Время разгона 0-100 км/ч, с |
25 |
|
Применяемое топливо |
АИ-93 |
|
Модель двигателя |
ЗМЗ-24Д |
|
Тип двигателя |
Р4 |
|
Порядок работы цилиндров |
1-2-4-3 |
|
Диаметр и ход поршня, мм |
92х92 |
|
Рабочий объем, л |
2,445 |
|
Степень сжатия |
8,2 |
|
Максимальная мощность при 4500 об/мин, л.с. (кВт) |
95 (69,9) |
|
Максимальный крутящий момент при 2200 об/мин, Н*м |
183 |
|
Карбюратор |
К-126Г |
|
Передаточные числа коробки передач: |
||
I передача |
3,5 |
|
II передача |
2,26 |
|
III передача |
1,45 |
|
IV передача |
1,0 |
|
Задний ход |
3,54 |
|
Главная передача |
4,1 |
|
Размер обода колеса |
127--355 (5-14") |
|
Размерность шин |
7,35--14" |
Рисунок 1.1 - Общий вид автомобиля ГАЗ-24-02
2. Тепловой расчет двигателя внутреннего сгорания
2.1 Общие положения
Тепловой расчет двигателя позволяет аналитическим путем с достаточной степенью точности определить основные параметры рабочего цикла и показатели двигателя в целом, степень его совершенства с позиции функционального назначения, т.е. насколько двигатель эффективно преобразует скрытую тепловую энергию топлива в работу.
Такой расчет может быть выполнен для вновь проектируемого двигателя и тогда он называется проектным и для уже существующего двигателя с целью оценки его совершенства с точки зрения выполнения предъявляемых требований и тогда такой расчет называется проверочным.
В проектном расчете на основе задания на проектирование и обоснованно выбранных исходных данных определяются основные параметры двигателя. В проверочном расчете параметры двигателя считаются известными и на их основе и принятых условий эксплуатации определяются основные показатели двигателя с целью их оценки.
Тепловой расчет включает в себя выбор и обоснование исходных данных, определение параметров состояние рабочего тела во всех процессах цикла, определение индикаторных и эффективных показателей двигателя и построение расчетной индикаторной диаграммы.
При выборе исходных данных определяют топливо, на котором работает двигатель, для данного двигателя Д24 топливом является бензин АИ-93. Средний элементарный состав этого бензина: углерода С = 85,5%, водорода Н = 14,5%, низшая теплота сгорания бензина = 43930 кДж/кг, молекулярная масса 110...120 кг/кмоль. Расчет ведется для одного килограмма топлива.
Для расчета необходимо также задаться коэффициентом избытка воздуха б, соответствующим тому режиму, на котором ведется расчет. Для данного двигателя его можно принять равным 0,95.
Необходимо также определить параметры окружающей среды, в которой преимущественно работает двигатель. Если это не оговорено в задании, то при тепловом расчете принимаются нормальные условия - атмосферное давление воздуха Р0 = 0,1 МПа, температура воздуха Т0 = 293 К (20°С).
2.2 Расчет параметров цикла
2.2.1 Расчет параметров рабочего тела
Теоретически необходимое количество воздуха сгорания 1 кг топлива:
= • (2.1)
L0 = • = 0,517
или
= (2.2)
= 14,956 ;
где С, Н, О - соответствующие доли углерода, водорода и кислорода в 1 кг топлива
Количество горючей смеси:
= б • + (2.3)
= 0,95• + = 0,5 кмоль;
где б - коэффициент избытка воздуха;
мт - молекулярная масса топлива, .
Количество продуктов сгорания топлива при неполном сгорании:
= + + 0,792 • (2.4)
= + + 0,792 • = 0,553 .
Химический коэффициент молярного изменения горючей смеси:
= (2.5)
= = 1,07.
2.2.2 Расчет процесса впуска
Для этого расчета необходимо задаться давлением и температурой остаточных газов в цилиндре перед началом впуска: = (1,05…1,25), = 900…1000К. Предположим, что = 1,15 = 0,115 МПа, = 1000К.
Плотность заряда на впуске:
= (2.6)
= = 1,189;
где Rb=287 - удельная газовая постоянная для воздуха.
Потери давления на впуске:
? = (2.5)
? = 0,00836 МПа;
где в - коэффициент затухания скорости движения заряда;
овп - коэффициент сопротивления впускной системы;
щвп - скорость движения заряда.
Для данного двигателя можно принять (в2+ овп ) = 2,5, щвп=75.
Давление в конце впуска:
= (2.6)
= 0,1 - 0,00836 = 0,09164 МПа.
Коэффициент остаточных газов:
= (2.7)
= = 0,056.
Температура в конце впуска:
= (2.8)
= = 349 К.
Коэффициент наполнения:
= (2.9)
= 0,827.
2.2.3 Расчет процесса сжатия
Для расчета процесса сжатия необходимо задаться показателем политропы сжатия. Этот показатель для карбюраторных двигателей колеблется в пределах n1=1,34... 1,38. Предположим, что для данного двигателя n1=1,36. Большие значения принимаются для двигателей с высокой степенью сжатия и высокой частотой вращения коленчатого вала на номинальном режиме.
Давление в конце сжатия:
= (2.10)
= = 1,6 МПа
Температура в конце сжатия:
= (2.11)
= = 744К.
Число молей остаточных газов в рабочей смеси:
= б • (2.12)
= 0,95 • = 0,0275 кмоль
Число молей газов (рабочей смеси) в конце сжатия:
= (2.13)
= = 0,5275 кмоль
2.2.4 Расчёт процесса сгорания
Число молей газов после сгорания:
= (2.14)
= = 0,58 кмоль.
Расчетный коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси:
в = (2,15)
в = = 1,1.
Количество теплоты, теряемой вследствие химической неполноты сгорания:
?Q = 119950 • (1 - б) • (2.16)
?Q = 119950 • (1 - 0,95) • = 3100,7 .
Количество теплоты, передаваемой рабочему телу в процессе сгорания:
Q = (2.17)
Q = = 61822,058 Дж;
где о - коэффициент использования теплоты. Этот коэффициент показывает, какая доля низшей теплоты сгорания топлива используется на повышение внутренней энергии рабочего тела и совершения работы. Для данного двигателя можно принять о = 0,8.
Температура в конце сгорания определяется из уравнения сгорания, которое имеет вид:
в • м • • = Q + м • • (2.18)
В левой части этого уравнения определяется теплота, которая находится в рабочем теле после сгорания (произведение теплоемкости на температуру), в правой части - теплота, полученная рабочим телом при сгорании топлива и от сжатия.
Входящие в уравнения сгорания средние теплоемкости рабочего тела в конце сжатия определяются по приближенным формулам.
Средняя мольная теплоемкость в конце процесса сжатия определяется по формуле:
м • = 20,16 + 1,74 • • (2.19)
м • = 20,16 + 1,74 • • = 21,4545
Средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания:
м • = (18,6 + 2,6 • б) + (15,5 + 13,8 • б) • (2.20)
м • = (18,6 + 2,6•0,95) + (15,5 + 13,8•0,95) • = 68,61•
После подсчета и подстановки значений средних мольных теплоемкостей в уравнения сгорания и проведения соответствующих преобразований они принимают вид уравнений второго порядка:
23,177 + 31,471 • - 57838,348 = 0,
откуда = 2505,62 К.
Теоретическое максимальное давление в конце сгорания:
= в • (2.21)
= 1,1 • = 5,923 МПа.
Максимальное давление действительное с учетом догорания по линии расширения для двигателей с изохорным подвидом теплоты:
= 0,85 • (2.22)
= 0,85 • = 5,035 МПа.
Степень повышения давления:
л = (2.23)
л = = 3,141
2.2.5 Расчет процесса расширения
Для расчета процесса расширения необходимо задаться показателем политропы расширения. Этот показатель для карбюраторных двигателей колеблется в пределах n1=1,23... 1,30. Предположим, что для данного двигателя n1=1,25.
Давление газов в конце расширения:
= (2.24)
= = 0,427 МПа
Температура газов в конце расширения:
= (2.25)
= = 1480,682 К
Степень предварительного расширения:
с = (2.26)
с = = 1,176
Степень последующего расширения:
д = (2.27)
д = = 6,97
Полученные значения температуры и давления в конце расширения позволяют определить температуру остаточных газов расчетным путем:
= (2.28)
= = 956,297К.
Расчетную температуру Тr сравнивают с принятой вначале теплового расчета и определяют возможную погрешность, которая не должна превышать 10%:
? = (2.29)
? = = 4,57%;
где - температура остаточных газов, принятая в начале расчета;
- расчетная температура остаточных газов.
2.3 Определение индикаторных показателей рабочего цикла
Теоретическое среднее индикаторное давление:
= (2.30)
= = 0,816.
Среднее индикаторное давление:
= (2.31)
= = 0,775 МПа;
где ц - коэффициент полноты индикаторной диаграммы; для данного двигателя можно принять ц = 0,95.
Индикаторная мощность двигателя:
= (2.32)
= = 71,055 кВт;
где Vh - рабочий объём одного цилиндра;
i - число цилиндров;
n - частота вращения коленчатого вала, ;
z - тактность двигателя.
Индикаторный КПД:
= (2.33)
= = 0,255.
Удельный индикаторный расход топлива:
= (2.34)
= = 0,32137
2.4 Определение эффективных показателей двигателя
Средняя скорость поршня:
= (2.35)
= = 13,8 ;
где S - ход поршня, м.
Среднее давление механических потерь для бензиновых двигателей с числом цилиндров до 6 и S/D ? 1определяется по эмпирической формуле:
= 0,034 + 0,0113 • (2.36)
= 0,034 + 0,0113 • = 0,18994 МПа.
Среднее эффективное давление:
= (2.37)
= = 0,58506 МПа
Механический КПД:
= (2.38)
= = 0,755
Эффективный КПД:
= (2.39)
= = 0,1925
Эффективная мощность двигателя:
= (2.40)
= кВт
Крутящий момент двигателя:
= (2.41)
= = 113,85 Н • м
Эффективный удельный расход топлива:
= (2.42)
= = 425,7
Часовой расход топлива:
= (2.45)
= = 22,83
2.5 Построение индикаторной диаграммы
Индикаторная диаграмма двигателя внутреннего сгорания строится с использованием данных теплового расчета. В начале построения на оси абсцисс откладывают отрезок АВ соответствующий рабочему объему цилиндра, а по величине равный ходу поршня в масштабе 1:1
Отрезок ОА (мм), соответствующий объему камеры сгорания:
= OA = (2.46)
= OA = = 12,8 мм.
При построении диаграммы примем масштаб давлений Мр = 0,03 .
Затем по данным теплового расчета на диаграмме откладывают в выбранном масштабе величины давлений в характерных точках.
Построение политроп сжатия и расширения производят аналитическим или графическим методом.
При графическом методе, по наиболее распространенному способу Брауэра, политропы сжатия и расширения строят следующим образом.
Из начала координат проводят луч ОС под б = 15є к оси абсцисс. Далее из начала координат проводят лучи ОD и ОЕ под определенными углами в1 и в2 к оси ординат. Эти углы определяют из соотношений:
tg = - 1; (2.47)
tg = - 1; (2.48)
tg = - 1 = 0,381;
tg = - 1 = 0,3455;
откуда = 21є, = 19є.
Политропу сжатия строят с помощью лучей ОС и OD. Из точки C проводят горизонталь до пересечения с осью ординат; из точки пересечения -- линию под углом 45° к вертикали до пересечения с лучом OD, а из этой точки -- вторую горизонтальную линию, параллельную оси абсцисс. Затем из точки С проводят вертикальную линию до пересечения с лучом ОС; из точки пересечения -- под углом 45° к вертикали линию до пересечения с осью абсцисс, а из этой точки -- вторую вертикальную линию, параллельную оси ординат, до пересечения со второй горизонтальной линией.
Политропу расширения строят с помощью лучей ОС и OE, аналогично построению политропы сжатия.
Полученная диаграмма (Приложение А) является расчетной индикаторной диаграммой.
3. Тягово-экономический расчет автомобиля
3.1 Внешняя скоростная характеристика двигателя
При построении внешних скоростных характеристик вновь проектируемых двигателей иногда используют результаты теплового расчета, проведенного для нескольких режимов работы двигателя с полной нагрузкой. Однако этот метод расчета скоростных характеристик дает надежные результаты только при наличии достаточно полных экспериментальных данных по целому ряду параметров работы двигателя на частичных скоростных режимах.
С достаточной степенью точности внешнюю скоростную характеристику можно построить по результатам теплового расчета, проведенного для одного режима работы двигателя -- режима максимальной мощности, и использования эмпирических зависимостей.
Построение кривых скоростной характеристики ведется в интервале от nmin = 600…1000 мин-1 до nmax.
Максимальная частота вращения коленчатого вала nmax ограничивается: условиями качественного протекания рабочего процесса, термическим напряжением деталей, допустимой величиной инерционных усилий и т. д.; минимальная -- определяется условиями устойчивой работы двигателя при полной нагрузке.
Расчетные точки кривой эффективной мощности определяются по следующим эмпирическим зависимостям через каждые 500 мин-1:
= ; (3.1)
= ; (3.2)
где Ne и nN -- номинальная эффективная мощность (кВт) и частота вращения коленчатого вала (мин-1) при номинальной мощности;
Nex и nх -- эффективная мощность (кВт) и частота вращения коленчатого вала (мин-1) в искомой точке скоростной характеристики двигателя.
-- эффективный крутящий момент в искомой точке кривой эффективного крутящего момента, Н • м.
Рассчитанные по формулам (3.1) и (3.2) точки кривых эффективного крутящего момента и эффективной мощности представлены в таблице 3.1:
Таблица 3.1: Значения мощности и крутящего момента двигателя
n, мин-1 |
500 |
1000 |
1500 |
2000 |
2500 |
3000 |
3500 |
4000 |
4500 |
5000 |
|
N, кВт |
8,53 |
18,216 |
28,47 |
38,73 |
48,42 |
59,95 |
63,76 |
68,27 |
69,9 |
68 |
|
М,Н • м |
163 |
174 |
181,34 |
185 |
185 |
181,37 |
174 |
163 |
148,4 |
129,94 |
По полученным точкам строится диаграмма эффективного крутящего момента и эффективной мощности двигателя (рис 3.1)
Рисунок 3.1 - Внешняя скоростная характеристика двигателя
3.2 Тягово-скоростная характеристика автомобиля
Тяговая характеристика автомобиля представляет собой зависимость между силой тяги () и скоростью (, км/ч) движения автомобиля. График тягового баланса автомобиля состоит из тяговой характеристики и зависимостей сил сопротивления движению от скорости автомобиля.
Силу тяги (, Н) на ведущих колесах автомобиля рассчитывают по формуле:
; (3.3)
где - крутящий момент двигателя, Н·м;
- передаточное число главной передачи;
- передаточное число коробки передач;
- радиус качания колеса, м;
- к.п.д. трансмиссии автомобиля.
Входящий в формулу (3.3) крутящий момент () берут из таблицы 3.1. Он зависит от частоты вращения (nх) коленчатого вала двигателя.
Скорость движения автомобиля () определяют по формуле:
;(3.4)
Радиус () качения колеса, входящий в формулы (3.3) и (3.4), приближенно определяется по формуле:
;(3.5)
где d - внутренний диаметр шины (диаметр обода колеса), м;
Н - высота профиля шины в свободном состоянии, м;
- коэффициент нормальной деформации шины.
Для шин коэффициент () можно принять равным 0,1-0,16. Для данного автомобиля предположим = 0,12
Величины d и Н определяют по маркировке шин, которая включает ширину профиля шины - В (первое число) и внутренний диаметр шины - d (второе число). Для низкопрофильных шин легковых автомобилей Н = 0,8В.
м.
Значения к.п.д. ) трансмиссии выбирают в зависимости от типа автомобиля. Для данного автомобиля примем равным 0,85.
Результаты расчетов формул (3.3) и (3.4) занесем в таблицу 3.2.
Таблица 3.2 - Расчет скорости автомобиля и силы тяги на ведущих колесах
№ |
, об/мин |
, Н•м |
Передача |
||||||||
I |
II |
III |
IV |
||||||||
, км/ч |
, Н |
, км/ч |
, Н |
, км/ч |
, Н |
, км/ч |
, Н |
||||
1 |
500 |
163,1 |
3,1 |
8416,5 |
4,6 |
5675,1 |
7,5 |
3486,8 |
19,5 |
2404,7 |
|
2 |
1000 |
174,1 |
6,2 |
8983,9 |
9,2 |
6057,7 |
15,0 |
3721,9 |
39,0 |
2566,8 |
|
3 |
1500 |
181,4 |
9,3 |
9362,2 |
13,8 |
6312,8 |
22,5 |
3878,6 |
58,4 |
2674,9 |
|
4 |
2000 |
185,1 |
12,4 |
9551,3 |
18,4 |
6440,3 |
30,0 |
3957,0 |
77,9 |
2728,9 |
|
5 |
2500 |
185,1 |
15,5 |
9551,3 |
23,0 |
6440,3 |
37,5 |
3957,0 |
97,4 |
2728,9 |
|
6 |
3000 |
181,4 |
18,6 |
9362,2 |
27,6 |
6312,8 |
45,0 |
3878,6 |
116,9 |
2674,9 |
|
7 |
3500 |
174,1 |
21,7 |
8983,9 |
32,2 |
6057,7 |
52,5 |
3721,9 |
136,4 |
2566,8 |
|
8 |
4000 |
163,1 |
24,8 |
8416,5 |
36,8 |
5675,1 |
59,9 |
3486,8 |
155,8 |
2404,7 |
|
9 |
4500 |
148,4 |
27,9 |
7660,0 |
41,4 |
5165,0 |
67,4 |
3173,4 |
175,3 |
2188,6 |
|
10 |
5000 |
130,1 |
31,0 |
6714,3 |
46,0 |
4527,3 |
74,9 |
2781,6 |
194,8 |
1918,4 |
По данным таблицы 3.2 строим тяговую характеристику автомобиля (рисунок 3.2)
Рисунок 3.2 - Тяговая характеристика автомобиля
Суммарная сила сопротивления дороги () определяется по формуле:
; (3.6)
где - коэффициент суммарного сопротивления дороги;
- вес автомобиля.
Коэффициент суммарного сопротивления дороги рассчитывается по формуле:
;(3.7)
где f - коэффициент сопротивления качения;
б - угол подъема дороги.
При расчете тягового баланса следует принять, что автомобиль движется по горизонтальной дороге (б =0) с асфальтобетонным покрытием. Тогда коэффициент (ш) суммарного сопротивления дороги равен коэффициенту (f) сопротивления качению.
При скоростях движения автомобиля, превышающих 60-80 км/ч коэффициент (f) надо определять по эмпирической формуле:
;(3.8)
где - коэффициент сопротивления качению, относящийся к малым скоростям движения автомобиля;
- скорость движения автомобиля.
Тогда сила суммарного сопротивления дороги в этих условиях будет определяться по формуле:
.(3.9)
Для дорог с асфальтобетонным покрытием, находящихся в хорошем состоянии, коэффициент () можно принять равным 0,015. Силу сопротивления воздуха () в кН определяют по формуле:
; (3.10)
где - коэффициент сопротивления воздуха;
- лобовая площадь автомобиля, м2.
Приближенно можно принять:
;(3.11)
где - наибольшая ширина автомобиля, м;
- наибольшая высота автомобиля, м.
м2.
Коэффициент сопротивления воздуха () для легковых автомобилей можно принять равным 0,20-0,35 (Н·с2/м4). Предположим, что для данного автомобиля .
В таблице 3.3 приведен расчет значений сил ( и ), определяемых для скоростей движения автомобиля от 0 до наибольшей скорости на высшей передаче. Промежуточные значения скорости () берем из таблицы 3.2 для высшей передачи.
Таблица 3.3 - Расчет сил сопротивления движению
, км/ч |
, Н |
, Н |
, Н |
|||||
0,00 |
0,00 |
0,00 |
1,00 |
0,02 |
227,85 |
0,00 |
227,85 |
|
19,48 |
379,52 |
0,02 |
1,02 |
0,02 |
232,17 |
0,00 |
232,18 |
|
38,96 |
1518,07 |
0,08 |
1,08 |
0,02 |
245,14 |
0,01 |
245,15 |
|
58,44 |
3415,65 |
0,17 |
1,17 |
0,02 |
266,76 |
0,02 |
266,78 |
|
77,92 |
6072,27 |
0,30 |
1,30 |
0,02 |
297,03 |
0,03 |
297,06 |
|
97,41 |
9487,92 |
0,47 |
1,47 |
0,02 |
335,94 |
0,05 |
335,99 |
|
116,89 |
13662,60 |
0,68 |
1,68 |
0,03 |
383,50 |
0,07 |
383,57 |
|
136,37 |
18596,32 |
0,93 |
1,93 |
0,03 |
439,71 |
0,09 |
439,80 |
|
155,85 |
24289,07 |
1,21 |
2,21 |
0,03 |
504,56 |
0,12 |
504,68 |
|
175,33 |
30740,86 |
1,54 |
2,54 |
0,04 |
578,07 |
0,15 |
578,21 |
|
194,81 |
37951,68 |
1,90 |
2,90 |
0,04 |
660,21 |
0,18 |
660,40 |
По результатам расчета строят зависимости суммарной силы сопротивления () от скорости движения автомобиля (рисунок 3.3)
3.3 Динамическая характеристика автомобиля
Динамической характеристикой автомобиля называют график изменения динамического фактора от скорости движения на различных передачах. Динамический фактор автомобиля определяют по формуле:
.(3.12)
Рисунок 3.3 - Зависимость силы сопротивления от скорости
Значения силы тяги () и соответствующей ей скорости () движения автомобиля на каждой передаче берем из таблицы 3.2. Расчет силы сопротивления воздуха () произведем для каждого значения скорости движения по формуле (3.10). Результаты расчетов запишем в таблицу 3.4. По данным таблицы 3.4 построим динамическую характеристику автомобиля (рисунок 3.4).
3.4 График ускорений автомобиля
Ускорение автомобиля (j, м/с2) определяют по формуле:
j = • g;(3.13)
где D - динамический фактор автомобиля;
ш - коэффициент суммарного сопротивления дороги;
д - коэффициент учета влияния вращающихся масс;
g - ускорение свободного падения.
Таблица 3.4 - Расчет динамического фактора автомобиля
Передача |
IV |
0,157 |
0,164 |
0,165 |
0,160 |
0,149 |
0,133 |
0,110 |
0,081 |
0,046 |
0,006 |
||
0,018 |
0,073 |
0,165 |
0,293 |
0,458 |
0,659 |
0,897 |
1,171 |
1,483 |
1,830 |
||||
2,405 |
2,567 |
2,675 |
2,729 |
2,729 |
2,675 |
2,567 |
2,405 |
2,189 |
1,918 |
||||
19,41 |
38,96 |
58,44 |
77,92 |
97,40 |
116,87 |
136,38 |
155,80 |
175,31 |
194,82 |
||||
III |
0,229 |
0,244 |
0,254 |
0,257 |
0,256 |
0,249 |
0,236 |
0,218 |
0,194 |
0,165 |
|||
0,003 |
0,011 |
0,024 |
0,043 |
0,068 |
0,097 |
0,133 |
0,173 |
0,219 |
0,271 |
||||
3,487 |
3,722 |
3,879 |
3,957 |
3,957 |
3,879 |
3,722 |
3,487 |
3,173 |
2,782 |
||||
7,493 |
14,98 |
22,47 |
29,97 |
37,46 |
44,95 |
52,45 |
59,94 |
67,43 |
74,93 |
||||
II |
0,373 |
0,398 |
0,415 |
0,423 |
0,422 |
0,413 |
0,395 |
0,369 |
0,334 |
0,291 |
|||
0,001 |
0,004 |
0,009 |
0,016 |
0,026 |
0,037 |
0,050 |
0,065 |
0,083 |
0,102 |
||||
5,675 |
6,058 |
6,313 |
6,440 |
6,440 |
6,313 |
6,058 |
5,675 |
5,165 |
4,527 |
||||
4,604 |
9,208 |
13,811 |
18,41 |
23,01 |
27,62 |
32,22 |
36,83 |
41,43 |
46,03 |
||||
I |
0,554 |
0,591 |
0,616 |
0,628 |
0,628 |
0,615 |
0,590 |
0,552 |
0,501 |
0,439 |
|||
0,000 |
0,002 |
0,004 |
0,007 |
0,012 |
0,017 |
0,023 |
0,030 |
0,038 |
0,046 |
||||
8,417 |
8,984 |
9,362 |
9,551 |
9,551 |
9,362 |
8,984 |
8,417 |
7,660 |
6,714 |
||||
3,104 |
6,209 |
9,313 |
12,41 |
15,521 |
18,62 |
21,73 |
24,83 |
27,93 |
31,04 |
Рисунок 3.4 - Динамическая характеристика автомобиля
Коэффициент д может быть определен по формуле:
д = 1,05 + 0,07 • ; (3.14)
где - передаточное число коробки передач.
Определим коэффициент д для каждой передачи автомобиля:
= 1,05 + 0,07 • 3,52 = 1,9075;
= 1,05 + 0,07 • 2,362 = 1,44;
= 1,05 + 0,07 • 1,452 = 1,197;
= 1,05 + 0,07 • 12 = 1,12.
Расчет ускорений в зависимости от скорости движения произведем для снаряженного автомобиля, при его движении по горизонтальной дороге с твердым покрытием в хорошем состояния, для которой коэффициент ш примем равным 0,015.
Значения динамического фактора D в формуле (3.13) определим по динамической характеристике (рисунок 3.4 и таблица 3.4) Результаты подсчета ускорений автомобиля на всех передачах сведем в таблицу 3.5.
Таблица 3.5 - Результаты подсчета ускорений автомобиля
Передача |
||||||||||||
I |
II |
III |
IV |
|||||||||
D |
j, м/с2 |
D |
j, м/с2 |
D |
j, м/с2 |
D |
j, м/с2 |
|||||
0,55 |
2,745 |
0,37 |
2,407 |
0,23 |
1,715 |
0,16 |
1,244 |
|||||
0,59 |
2,936 |
0,40 |
2,577 |
0,24 |
1,837 |
0,16 |
1,303 |
|||||
0,62 |
3,063 |
0,41 |
2,689 |
0,25 |
1,914 |
0,17 |
1,305 |
|||||
0,63 |
3,126 |
0,42 |
2,743 |
0,26 |
1,946 |
0,16 |
1,250 |
|||||
0,63 |
3,125 |
0,42 |
2,739 |
0,26 |
1,933 |
0,15 |
1,138 |
|||||
0,61 |
3,059 |
0,41 |
2,677 |
0,25 |
1,875 |
0,13 |
0,968 |
|||||
0,59 |
2,929 |
0,40 |
2,556 |
0,24 |
1,771 |
0,11 |
0,741 |
|||||
0,55 |
2,735 |
0,37 |
2,378 |
0,22 |
1,623 |
0,08 |
0,457 |
|||||
0,50 |
2,476 |
0,33 |
2,142 |
0,19 |
1,429 |
0,05 |
0,116 |
|||||
0,44 |
2,153 |
0,29 |
1,847 |
0,17 |
1,190 |
0,01 |
-0,283 |
Рисунок 3.5 - График ускорений легкового автомобиля
3.5 Время и путь разгона автомобиля
Время разгона автомобиля до определенной скорости определяют графоаналитическим методом, используя график ускорений автомобиля (рисунок 3.5). Общая зависимость времени t разгона от скорости V и ускорения j выражается интегралом:
t = .(3.15)
Приближенное интегрирование по графику (рисунок 3.5) позволяет определить время разгона t (сек) при принятых размерностях скорости (км/ч) и ускорения j (м/с2) по формуле:
t = ;(3.16)
Время разгона рассчитывают со скорости соответствующей минимально устойчивым оборотам двигателя на I или II передачах, до максимальной скорости движения автомобиля. При этом моменты переключения передач примем наиболее рациональными, а длительностью переключения передач пренебрежем. Приращение скорости на участке от до выберем таким образом, чтобы среднее ускорение на участке с достаточной точностью можно было определять как (+ )/2. Таким образом, весь диапазон скоростей движения разбивается на участки на каждой передаче. Выделим скорости переключения передач , и т.д., и рассчитаем время движения на каждом участке:
t = ;
а затем просуммируем:
t = . (3.17)
Расчет времени разгона по участка нa первой передаче, т.е. по кривой I на рисунке 3.5, произведем от скорости до скорости ? соответствующей пересечению кривых j на первой и второй передачах. Далее расчет произведем по кривой II до скорости , соответствующей переходу со второй передачи на третью, затем по кривой III до скорости , и по кривой IV до максимальной скорости движения, например легкового автомобиля (рисунок 3.4).
Скорости, соответствующие переходам на следующую передачу:
= 25 км/ч;
= 46 км/ч;
= 73 км/ч.
Согласно графику ускорений автомобиля (рисунок 3.4), максимальная скорость автомобиля, достигаемая им при движении на высшей передачи, составляет 182 км/ч.
Разбив полученные интервалы скорости на 4 равных участка, получим следующие приращения скорости на каждой передаче:
= 5,475 км/ч;
= 5,250 км/ч;
= 6,750 км/ч;
= 27,25 км/ч.
Результаты расчета времени и пути разгона занесем в таблицу 3.6.
По данным таблицы 3.6 построим графики зависимости времени разгона от скорости (рисунок 3.6) и зависимости пути разгона от скорости (рисунок 3.7).
3.6 Мощностной баланс автомобиля
Графиком мощностного баланса автомобиля называют график, имеющий кривые мощности, подводимой к ведущим колесам на передачах, и кривые мощности, затрачиваемой на преодоление сопротивления качению и сопротивления воздуха, в зависимости от скорости движения.
Мощность, подводимую к ведущим колесам автомобиля NК, определят по формуле:
NК = NХ • зТ; (3.18)
гдеNХ - эффективная мощность двигателя;
зТ - КПД трансмиссии.
Эффективную мощность NХ определим по внешней скоростной характеристике двигателя (рисунок 3.1)
Таблица 3.6 - Результаты определения времени и пути разгона автомобиля
Передача |
IV |
154 |
182 |
0,5 |
0 |
30,2 |
64 |
162 |
901 |
|
127 |
154 |
0,85 |
0,5 |
11,2 |
33,7 |
135 |
739 |
|||
100 |
127 |
1,10 |
0,85 |
7,76 |
22,5 |
107 |
604 |
|||
73 |
100 |
1,38 |
1,1 |
6,1 |
14,8 |
80,5 |
496 |
|||
III |
66,2 |
73 |
1,45 |
1,38 |
1,33 |
8,7 |
68,1 |
416 |
||
59,5 |
66,2 |
1,6 |
1,45 |
1,23 |
7,38 |
61,3 |
347 |
|||
52,7 |
59,5 |
1,76 |
1,6 |
1,12 |
6,15 |
54,6 |
286 |
|||
46 |
52,7 |
1,85 |
1,75 |
1,04 |
5,03 |
47,8 |
231 |
|||
II |
40,7 |
46 |
2,2 |
1,84 |
0,72 |
3,99 |
42,2 |
184 |
||
35,5 |
40,7 |
2,45 |
2,2 |
0,63 |
3,27 |
36,9 |
141 |
|||
30,2 |
35,5 |
2,6 |
2,45 |
0,58 |
2,64 |
31 |
104 |
|||
25 |
30,2 |
2,71 |
2,6 |
0,55 |
2,06 |
26,4 |
71,1 |
|||
I |
19,5 |
25 |
3,03 |
2,71 |
0,53 |
1,51 |
21,0 |
46,7 |
||
14,0 |
19,5 |
3,15 |
3,03 |
0,49 |
0,98 |
15,5 |
25,6 |
|||
8,57 |
14,0 |
3,05 |
3,15 |
0,49 |
0,49 |
10,1 |
10,1 |
|||
3,1 |
8,57 |
2,74 |
3,05 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|||
Показатели |
Начальная |
Конечная |
Начальное |
Конечное |
Время разгона на участке, с |
Суммарное время разгона, с |
Путь разгона на участке, м |
Суммарный путь разгона, м |
||
Скорость, км/ч |
Ускорение, м/с2 |
Рисунок 3.6 - Время разгона автомобиля
Рисунок 3.7 - Путь разгона автомобиля
Мощность, необходимую для преодоления сопротивления дороги , определим по формуле:
= ; (3.19)
где - сила сопротивления дороги;
- скорость движения автомобиля.
Мощность, необходимую для преодоления сопротивления воздуха , определим по формуле:
= ; (3.20)
где - сила сопротивления воздуха.
Скорости движения автомобиля при соответствующих значениях мощностей (NХ, NК) и частоте вращения () коленчатого вала возьмем из таблицы 3.1. Силы и для подсчета мощностей и возьмем из таблицы 3.3. Результаты расчета мощностного баланса сведем в таблице 3.7.
Таблица 3.7 - Результаты расчета мощностного баланса автомобиля
Передача |
||||||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
|||||||
500 |
8,534 |
7,254 |
3,1 |
4,6 |
7,5 |
19,5 |
1,234 |
0 |
1,234 |
|
1000 |
18,218 |
15,485 |
6,2 |
9,2 |
15,0 |
39,0 |
2,514 |
0,0000198 |
2,514 |
|
1500 |
28,478 |
24,206 |
9,3 |
13,8 |
22,5 |
58,4 |
3,982 |
0,0001189 |
3,982 |
|
2000 |
38,737 |
32,927 |
12,4 |
18,4 |
30,0 |
77,9 |
5,778 |
0,0003566 |
5,778 |
|
2500 |
48,422 |
41,159 |
15,5 |
23,0 |
37,5 |
97,4 |
8,042 |
0,0007924 |
8,043 |
|
3000 |
56,956 |
48,412 |
18,6 |
27,6 |
45,0 |
116,9 |
10,915 |
0,0014858 |
10,916 |
|
3500 |
63,763 |
54,199 |
21,7 |
32,2 |
52,5 |
136,4 |
14,537 |
0,0024961 |
14,539 |
|
4000 |
68,270 |
58,029 |
24,8 |
36,8 |
59,9 |
155,8 |
19,048 |
0,0038829 |
19,052 |
|
4500 |
69,900 |
59,415 |
27,9 |
41,4 |
67,4 |
175,3 |
24,590 |
0,0057055 |
24,596 |
|
5000 |
68,078 |
57,866 |
31,0 |
46,0 |
74,9 |
194,8 |
31,302 |
0,0080233 |
31,310 |
По данным таблицы 3.7 построим график мощностного баланса автомобиля (рисунок 3.8). Из рисунка 3.8 следует, что при любой скорости отрезок cd, определяет мощность затрачиваемую на преодоление потерь в трансмиссии, а отрезок ab - мощность, затрачиваемую на преодоление сопротивлении дороги и воздуха. Отрезок bc определяет запас мощности , который может быть использован на преодоление повышенного сопротивления дороги (подъем, тяжелый участок дороги), разгон автомобиля или буксировку прицепа.
Рисунок 3.8 - График мощностного баланса автомобиля
3.7 Тормозной и остановочный пути автомобиля
Теоретический минимальный тормозной путь до остановки автомобиля , имеющего тормозные механизмы на всех колесах, определяется по формуле:
= ;(3.21)
где - скорость движения автомобиля в начальный момент торможения;
ц - коэффициент сцепления шин с дорогой.
Остановочный путь автомобиля определяют по формуле:
= () • + ;(3.22)
где - время реакции водителя;
- время срабатывания тормозов;
- коэффициент эффективности торможения.
В течение времени водитель оценивает обстановку, принимает решение, совершает движения для подготовки к нажатию на педаль тормоза. Это время зависит от опыта, индивидуальных особенностей водителя и его усталости, и колеблется от 0,4 до 1,2 с. В расчетах принимают = 0,8 с. Время срабатывания тормозов с гидравлическим приводом примем равным 0,2 с. Коэффициент эффективности торможения учитывает несоответствие тормозных усилий на колесах приходящемуся на них сцепному весу. Он зависит от конструкции и технического состояния тормозной системы и величины полезной нагрузки. Для легкового автомобиля коэффициент примем равным 1,2. Коэффициент сцепления шин с дорогой ц примем равным 0,6. Результаты подсчета тормозного и остановочного путей автомобиля внесем в таблицу 3.8. По данным таблицы 3.8 построим график тормозного и остановочного путей автомобиля (рисунок 3.9).
Таблица 3.8 - Расчет тормозного и остановочного путей
, км/ч |
20 |
40 |
60 |
80 |
100 |
120 |
140 |
160 |
180 |
|
, м |
2,62 |
10,50 |
23,62 |
41,99 |
65,62 |
94,49 |
128,61 |
167,98 |
212,60 |
|
, м |
8,71 |
23,71 |
45,01 |
72,62 |
106,52 |
146,72 |
193,22 |
246,02 |
305,12 |
Рисунок 3.9 - График тормозного и оста...
Подобные документы
Тепловой расчет ДВС автомобиля КамАЗ-740, анализ основных параметров. Определение индикаторных показателей рабочего цикла; расчет процесса впуска, сжатия, сгорания, расширения. Оценка влияния продолжительности сгорания на эффективность рабочего цикла.
курсовая работа [799,1 K], добавлен 20.05.2011Тепловой расчет двигателя внутреннего сгорания. Расчет рабочего цикла двигателя, определение индикаторных и эффективных показателей рабочего цикла. Параметры цилиндра и тепловой баланс двигателя. Расчет и построение внешней скоростной характеристики.
курсовая работа [220,0 K], добавлен 10.04.2012Тепловой расчет двигателя внутреннего сгорания, параметры окружающей среды и остаточных газов. Описание процессов впуска, сжатия, сгорания, расширения и выпуска. Индикаторные параметры рабочего цикла. Характеристика эффективных показателей двигателя.
курсовая работа [786,4 K], добавлен 22.03.2013Параметры рабочего тела и количество горючей смеси. Процесс впуска, сжатия и сгорания. Индикаторные параметры рабочего тела. Основные параметры и литраж двигателя автомобиля. Расчет поршневого кольца карбюраторного двигателя. Расчет поршневого пальца.
курсовая работа [2,9 M], добавлен 15.03.2012Модернизация двигателя внутреннего сгорания автомобиля ВАЗ-2103. Особенности конструкции двигателя: тип, степень сжатия, вид и марка топлива. Тепловой расчет, коэффициент теплоиспользования. Расчет механических потерь и эффективных показателей двигателя.
курсовая работа [452,2 K], добавлен 30.09.2015Характеристика тягово-скоростных свойств автомобиля. Определение мощности двигателя, вместимости и параметров платформы. Выбор колесной формулы автомобиля и геометрических параметров колес. Тормозные свойства автомобиля и его топливная экономичность.
курсовая работа [56,8 K], добавлен 11.09.2010Особенности определения основных размеров двигателя, расчет параметров его рабочего цикла, сущность индикаторных и эффективных показателей. Построение расчетной индикаторной диаграммы. Расчет внешнего теплового баланса и динамический расчет двигателя.
курсовая работа [184,3 K], добавлен 23.07.2013Краткая техническая характеристика автомобиля ВАЗ-21093 (параметры автомобиля). Определение характеристик двигателя и трансмиссии, обеспечивающих требуемые тягово-скоростные свойства автомобиля и топливную экономичность в заданных условиях эксплуатации.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 01.03.2010Расчет параметров рабочего процесса карбюраторного двигателя, индикаторных и эффективных показателей. Тепловой баланс двигателя внутреннего сгорания. Расчет и построение внешних скоростных характеристик. Перемещение, скорость и ускорение поршня.
курсовая работа [115,6 K], добавлен 23.08.2012Расчет процессов впуска, сжатия, сгорания, расширения. Построение индикаторной диаграммы. Определение индикаторных и эффективных показателей цикла. Определение основных размеров двигателя. Кинематические соотношения кривошипно-шатунного механизма.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 27.02.2012Оценка тягово-скоростных свойств двигателя внутреннего сгорания. Уравнение движения автомобиля, определение его массы и передаточных чисел коробки передач. Расчет и практическое использование мощностной, топливной, динамической характеристик автомобиля.
курсовая работа [3,0 M], добавлен 30.03.2013Техническая характеристика грузового автомобиля ГАЗ-4501. Оценка тягово-скоростных характеристик, уравнение движения. Внешняя скоростная характеристика двигателя. Тяговая характеристика, радиус качения. Мощностная характеристика. Топливная экономичность.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 01.03.2010Построение динамического паспорта автомобиля. Определение параметров силовой передачи. Расчет внешней скоростной характеристики двигателя. Мощностной баланс автомобиля. Ускорение при разгоне. Время и путь разгона. Топливная экономичность двигателя.
курсовая работа [706,7 K], добавлен 22.12.2013Общие сведения об автомобиле ЯМЗ-236. Тепловой расчет и внешняя скоростная характеристика двигателя. Сущность процессов впуска, сжатия, сгорания, расширения и выпуска. Индикаторные параметры рабочего цикла двигателя. Конструкторский расчет его деталей.
курсовая работа [539,1 K], добавлен 07.12.2011Тяговый расчет автомобиля: определение веса, выбор двигателя, расчет передаточных чисел агрегатов трансмиссии. Ускорения автомобиля при разгоне, его топливная экономичность. Тормозные свойства транспортного средства. Конструкторская разработка узла.
курсовая работа [2,9 M], добавлен 27.04.2014Тепловой расчет двигателя внутреннего сгорания. Параметры рабочего тела и остаточных газов. Процессы впуска, сжатия, сгорания, расширения и выпуска. Внешние скоростные характеристики, построение индикаторной диаграммы. Расчет поршневой и шатунной группы.
курсовая работа [4,2 M], добавлен 17.07.2013Тип и назначения автомобиля, характеристика области его применения, условия эксплуатации и топливная экономичность. Определение полной массы автомобиля, подбор шин. Выбор числа передач и двигателя, построение его внешней скоростной характеристики.
курсовая работа [978,2 K], добавлен 01.04.2014Расчет необходимой номинальной мощности и рабочего цикла двигателя внутреннего сгорания автомобиля. Определение среднего индикаторного давления и теплового баланса двигателя. Вычисление сил и моментов, воздействующих на кривошипно-шатунный механизм.
курсовая работа [159,9 K], добавлен 12.11.2011Анализ и оценка основных тягово-скоростных и топливно-экономических свойств автомобиля ВАЗ-2105, выбор его характеристик и их практическое использование. Построение внешней скоростной характеристики двигателя. Топливная экономичность автомобиля.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 25.02.2010Тепловой расчет двигателя внутреннего сгорания. Основные показатели и размеры цилиндра двигателя. Порядок выполнения расчета для поршневого двигателя. Электрооборудование и система пуска автомобиля. Расчет деталей газораспределительного механизма.
дипломная работа [2,6 M], добавлен 05.12.2011