Выбор основных параметров и оценка эксплуатационных свойств автомобиля

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования Республики Беларусь

БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра «Автомобили»

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Теория автомобиля»

Выбор основных параметров и оценка эксплуатационных свойств автомобиля

Выполнил: студент гр. 101071-14 А.С. Никитенко

Проверил: О. С. Руктешель

Минск 2017

Содержание

• Введение
• 1. Определение основных параметров автомобиля
• 1.1 Расчёт полной массы автомобиля
• 1.2 Распределение нагрузки от полной массы автомобиля по мостам
• 1.3 Подбор шин и определение радиуса качения колеса
• 1.4 Выбор лобовой площади автомобиля и расчёт максимального значения силы сопротивления воздуха движению автомобиля
• 1.5 Определение максимальной мощности, крутящего момента и оборотов коленчатого вала двигателя при максимальном крутящем моменте
• 1.6 Расчёт передаточного числа главной передачи автомобиля
• 1.7 Определение передаточных чисел коробки передач
• 1.7.1 Расчет передаточного числа первой передачи
• 1.7.2 Расчет передаточных чисел промежуточных передач
• 2. Построение внешней скоростной характеристики двигателя
• 3. Оценка тягово-скоростных свойств автомобиля
• 3.1 Тяговая характеристика автомобиля
• 3.1.1 Построение графика тяговой характеристики автомобиля
• 3.1.2 Практическое использование тяговой характеристики автомобиля
• 3.2 Характеристика мощностного баланса автомобиля
• 3.3 Динамическая характеристика автомобиля
• 3.3.1 Построение графика динамической характеристики автомобиля
• 3.3.2 Практическое использование динамической характеристики
• 3.4 Ускорение автомобиля при разгоне
• 3.5 Характеристики времени и пути разгона автомобиля
• 3.5.1 Определение времени разгона
• 3.5.2 Определение пути разгона
• 3.5.3 Практическое использование характеристик времени и пути разгона автомобиля
• 4. Топливная экономичность автомобиля
• 4.1 Построение топливной характеристики установившегося движения автомобиля автомобиль двигатель топливный движение
• 4.2 Практическое использование топливной характеристики установившегося движения автомобиля
• 4.2.1 Определение контрольного расхода топлива автомобилем
• 4.2.2 Определение эксплуатационного расхода топлива автомобилем
• Заключение
• Список использованных источников
• Введение
• Данная курсовая работа посвящена выбору основных параметров и оценке эксплуатационных свойств автомобиля. Она включает в себя разделы, содержащие оценку тягово-скоростных и топливно-экономических свойств автомобиля. Данные свойства характеризуют эффективность использования автомобиля и позволяют оценить, в какой мере его конструктивные параметры соответствуют требованиям эксплуатации.
• Решение задачи выбора основных параметров и оценки тягово- скоростных и топливно-экономических свойств автомобиля сводится к выбору полной массы автомобиля, ее распределению по мостам, подбору шин, расчету радиуса качения ведущих колес, определению площади лобового сопротивления и коэффициента сопротивления воздуха, максимальной мощности и крутящего момента двигателя, частоты вращения коленчатого вала двигателя при максимальном крутящем моменте, КПД трансмиссии автомобиля и т. д.
• Ниже представлены расчёты по оценке основных эксплуатационных параметров автомобиля, приведены графики тягово-скоростных свойств, топливной характеристики и описание их практического применения, расчёты по определения передаточных чисел передач в трансмиссии и других параметров.
• Исходные данные для расчёта сведены в таблицу В.1.
• Таблица В.1
• Исходные данные

№ п/п	Наименование и размерность	Значение
1	Тип автомобиля	Гр-С
2	Колёсная формула	4х2
3	Грузоподъёмность, кг	9050
4	Тип привода	Задний
5	Число передач в КП	5
6	Тип двигателя	Дизельный
7	Коэффициент приспособляемости двигателя по крутящему моменту, kM	1,25
8	Коэффициент приспособляемости двигателя по угловой скорости, kщ	1,70
9	Максимальная скорость движения автомобиля, км/ч	90

• 1. Определение основных параметров автомобиля
• При расчете характеристик основных узлов автомобиля конструктор имеет дело с тремя видами параметров: заданными, выбираемыми и рассчитываемыми.
• В данной курсовой работе заданы параметры грузового самосвала и производится расчёт его основный параметров.

1.1 Расчёт полной массы автомобиля

Полная масса грузового автомобиля может быть определена следующим образом:

где: - полная масса автомобиля, кг;

- масса снаряженного автомобиля, кг;

- масса полезной нагрузки, кг.

Масса полезной нагрузки грузового автомобиля определяется по формуле:

где: - номинальная грузоподъёмность автомобиля, кг;

- количество членов экипажа ( = 3);

- масса члена экипажа ( = 75 кг);

- масса багажа одного члена экипажа ( = 5 кг).



Зная массу полезной нагрузки определим массу снаряженного автомобиля по формуле:

где - показатель удельной грузоподъёмности, для двухосных самосвалов:

= 1,25 - 1,55 [1, с.11]. Принимаем = 1,3.

Тогда полная масса равна:

В итоге получаем расчётную полную массу автомобиля равной 16436,15 кг.

1.2 Распределение нагрузки от полной массы автомобиля по мостам

Полная масса автомобиля распределяется между его мостами с учетом допускаемой нагрузки на поверхность дорожного покрытия.

Предельные значения осевых нагрузок зависят от конструктивного исполнения мостов автомобиля и количества колес на каждом мосту.

Если в технических данных не указано распределение веса автомобиля по мостам, то для определения силы тяжести, приходящейся на задний мост автомобиля G₂, следует воспользоваться данными [1, с.13, таблица 3.2]. В соответствии с этой таблицей, для грузового самосвала с передним расположением двигателя и задним ведущим мостом нагрузка, приходящаяся на задний мост, определяется из выражения (0,66-0,72)·G_a. Значение коэффициента принимаем средним и равным 0,69. Тогда получаем нагрузку на задний мост:

Нагрузку, приходящуюся на передний мост, определяем из условия, что вся масса автомобиля G_a = 1, а доля, приходящаяся на задние колёса - 0,31. Тогда нагрузка на передний мост равна:

Как видно из расчётов, большая часть веса автомобиля приходится на задний мост, это сделано специально, так как автомобиль заднеприводный и это обеспечивает необходимое сцепление ведущих колёс с дорожным покрытием.

1.3 Подбор шин и определение радиуса качения колеса

Шины конструктор подбирает, используя ГОСТы с сортаментом шин.

При выборе шин исходным параметром является нагрузка на наиболее нагруженных колесах. Поэтому сначала определяется наиболее нагруженное колесо.

С этой целью определяется нагрузка на колесо переднего моста



а затем - на колесо заднего моста:

где - количество шин моста.

Полученные значения и сопоставляются между собой и выбирается наиболее нагруженные колеса. Такими колесами являются задние. Таким образом по нему и будем осуществлять подбор шин для заданного автомобиля.

Далее для легковых автомобилей по таблицам ГОСТ 5513-97 «Межгосударственный стандарт. Шины пневматические для грузовых автомобилей, прицепов к ним, автобусов и троллейбусов. Технические условия» по величине нагрузки на шину выбирается шина и определяются ее геометрические параметры. Для данного автомобиля принимаем шины, исходя из наибольшей нагрузки на колесо, размером 11,00R20.

Таблица 1.1

Обозначение шины	11,00R20
Максимально допустимая нагрузка, для сдвоенных колёс:	29,43 кН.
Статический радиус качения	505 мм.
Наружный диаметр шины	1082 мм.

Радиус качения колеса зависит от нормальной нагрузки, внутреннего давления воздуха в шине, окружной силы, коэффициента сцепления колеса с дорогой и поступательной скорости движения колеса при его качении.

Расчетный радиус качения вычисляется по формуле



где - наружный (свободный) диаметр шины, м;

- статический радиус шины, м.

Расчетный радиус качения колеса автомобиля равен

что практически совпадает со справочным радиусом качения ().

1.4 Выбор лобовой площади автомобиля и расчёт максимального значения силы сопротивления воздуха движению автомобиля

Движение автомобиля связано с перемещением частиц воздуха, на что расходуется часть мощности двигателя.

Для упрощения расчетов элементарные силы сопротивления воздуха, распределенные по всей поверхности автомобиля, заменяют сосредоточенной силой сопротивления воздуха . Точку приложения силы сопротивления воздуха F_в называют центром парусности автомобиля. Расстояние от опорной поверхности до центра парусности называется высотой центра парусности и обозначается литерой .

Сила сопротивления воздуха определяется по формуле

Здесь скорость автомобиля выражена в м/с, - коэффициент сопротивления воздуха;

- площадь лобового сопротивления, т. е. площадь, равная площади проекции автомобиля на плоскость, перпендикулярную его продольной оси, м²; - скорость автомобиля, м/с ().

Для определения силы сопротивления воздуха, принимаем следующие коэффициенты 1, с.17, таблица 3.3]. Подставляя эти данные в формулу получаем

1.5 Определение максимальной мощности, крутящего момента и оборотов коленчатого вала двигателя при максимальном крутящем моменте

Максимальную мощность двигателя определяют, исходя из условия обеспечения максимальной скорости движения автомобиля при заданном дорожном сопротивлении (пси). Если скорость автомобиля выражена в км/ч:

где - коэффициент полезного действия трансмиссии при работе двигателя по внешней скоростной характеристике, для грузового автомобиля КПД трансмиссии, можно выбрать из диапазона 0,83-0,87 [1, с.19]. Коэффициент полезного действия трансмиссии принимаем равным

При расчетах значения коэффициентов суммарного дорожного сопротивления ш принимают следующими: для грузовых автомобилей 0,015-0,025 [1, с.19]. Так как при максимальной скорости поступательного движения автомобиля двигатель работает с максимальной угловой скоростью, то в случае установки на автомобиле дизельного двигателя и .

Дорожное сопротивление

Подставляя все известные данные получаем

Для дизельного двигателя грузового автомобиля значения оборотов коленчатого вала при максимальной мощности (угловой скорости):

Таблица 1.2

, об/мин	, рад/с	, (ср. знач.) об/мин
2000-3500	209,4-366,5	2500

Таким образом максимальная мощность двигателя равна

Минимальная частота вращения (угловая скорость) коленчатого вала двигателей, при которой они устойчиво работают с полной нагрузкой, находится в пределах 700-800 об/мин (73,3-84,0 рад/с) [1, с.21]. Максимальная стендовая мощность двигателя



где - коэффициент коррекции, равный 0,93…0,96, принимаем [1, с.21]

Для выбранного двигателя угловая скорость вращения коленчатого вала, при максимальной мощности, находится в следующих пределах 2500-5000 об/мин. Принимаем значение (таблица 1.2).

Угловая скорость при максимальной частоте вращения определяется по формуле:

Минимальная частота вращения коленчатого вала двигателя, при которой он устойчиво работает равна:

Частота вращения коленчатого вала двигателя (угловая скорость), при максимальном крутящем моменте , определяется по формуле

Крутящий момент двигателя при максимальной мощности равен

где - в Вт, - в рад/с, а максимальный крутящий момент двигателя

где - коэффициент приспособляемости двигателя по крутящему моменту (). Тогда максимальное значение крутящего момента двигателя, установленного на стенде:

1.6 Расчёт передаточного числа главной передачи автомобиля

Передаточное число главной передачи определяют, исходя из условия обеспечения максимальной скорости движения автомобиля :

где - передаточное число высшей передачи в коробке передач автомобиля.

Пятую передачу в коробке передач принимаем прямой

Отсюда передаточное число главной передачи

В это выражение максимальная скорость движения автомобиля подставляется в км/ч.

1.7 Определение передаточных чисел коробки передач

1.7.1 Расчет передаточного числа первой передачи

Расчет передаточных чисел коробки передач (КП) начинают с определения передаточного числа первой передачи .

Передаточное число первой передачи должно быть таким, чтобы автомобиль:

1) мог преодолевать максимальное для данного типа автомобиля дорожное сопротивление, задаваемое коэффициентом ;

2) не буксовал при трогании с места;

3) мог двигаться с минимальной устойчивой скоростью для маневрирования в стеснённых условиях.

1. Необходимое передаточное число 1-ой передачи по условию преодоления максимального дорожного сопротивления

При расчете максимальное значение коэффициента суммарного дорожного сопротивления обычно принимают для грузовых автомобилей = 0,35…0,40 [1, с.24]. Принимаем

2. По условию движения автомобиля без буксования ведущих колес передаточное число 1-ой передачи имеет вид

где - сцепной вес автомобиля.

В этом выражении - доля веса автомобиля, приходящегося на передний мост; - коэффициент перераспределения нормальных реакций, значение которого могут быть приняты = 0,85…0,95 [1, с.25]. Принимаем = 1,1. Расчеты проводят в предположении, что автомобиль находится на сухом асфальтобетонном шоссе, т. е. ц = 0,80…0,90, ц = 0,8 [1, с.25].

Сцепной вес автомобиля

Передаточное число первой передачи из условия сцепления ведущих колес автомобиля с поверхностью дорожного покрытия:



Передаточное число в коробке передач на 1-ой передаче выбирается из условия

Окончательно принимаем значение передаточного числа первой передачи КП:

3. Желательно, чтобы передаточное число 1-й передачи в КП удовлетворяло условию обеспечения минимальной устойчивой скорости движения автомобиля . Следовательно:

где - минимальная устойчивая частота вращения коленчатого вала двигателя задана, об/мин.

Окончательно принимаем значение передаточного числа первой передачи КП:

1.7.2 Расчет передаточных чисел промежуточных передач

Передаточные числа промежуточных передач в КП выбирают из условия обеспечения ими максимальной интенсивности разгона автомобиля и возможности длительного движения при повышенном дорожном сопротивлении.

Для того чтобы в процессе разгона двигатель работал с наибольшей средней мощностью, частота вращения его коленчатого вала должна находиться в интервале частот вращения, близком к частоте, соответствующей максимальной мощности двигателя.

Если пренебречь падением скорости за время переключения передач, то скорость автомобиля, достигнутая на низшей передаче перед моментом переключения при частоте вращения коленчатого вала двигателя , равна скорости автомобиля на смежной высшей передаче при частоте вращения

Если в качестве высшей передачи выбрать прямую передачу, т. е. передачу с передаточным числом , то формула для определения передаточных чисел промежуточных передач примет вид:

где n - номер прямой передачи; m - номер передачи, для которой ведётся расчёт; - передаточное число первой передачи.

Таким образом, для 5-тиступенчатой КП с 5-ой прямой передачей получим

Значения передаточных чисел сведены в таблицу 1.3

Таблица 1.3

Передаточные числа в КП.

Номер передачи	Передаточное число
1	10
2	5,62
3	3,16
4	1,78
5	1

2. Построение внешней скоростной характеристики двигателя

Скоростная характеристика двигателя представляет собой зависимость эффективной мощности Р_е и крутящего момента М_е двигателя при установившемся режиме его работы от угловой скорости коленчатого вала двигателя щ_е или частоты его вращения n_e.

Скоростная характеристика, полученная при полной подаче топлива, называется внешней скоростной характеристикой, а скоростные характеристики, полученные при неполной подаче топлива - частичными.

Скоростные характеристики получают экспериментально по ГОСТ 14846 при испытании двигателей на тормозном стенде.

В приближенных расчетах можно принимать, что = 0,93…0,96. Частичные скоростные характеристики двигателя получают при положении органа топливоподачи отличном от максимального. У дизельных двигателей - это положение рычага регулятора (педали управления двигателем).

Важнейшими параметрами внешней скоростной характеристики двигателя, снятой на тормозном стенде, являются:

- максимальная эффективная мощность, кВт;

- максимальный крутящий момент, Н·м;

- крутящий момент при максимальной мощности, Н·м;

и - минимальная и максимальная частоты вращения коленчатого вала двигателя, об/мин;

и - частоты вращения коленчатого вала двигателя соответственно при и ;

- коэффициент приспособляемости двигателя по моменту:

- коэффициент приспособляемости двигателя по частоте вращения:

Значения мощности при различной частоте вращения коленчатого вала определяем по формуле:

где или - отношение текущего значения угловой скорости или частоты вращения коленчатого вала двигателя к угловой скорости или частоте вращения при максимальной мощности; - максимальная стендовая мощность, кВт;

где - коэффициент приспособляемости двигателя по моменту (); - коэффициент приспособляемости двигателя по частоте вращения ().

При этом должно соблюдаться условие: Коэффициенты определены верно. Значение крутящего стендового момента при различных оборотах рассчитываем по формуле:

Значение мощности и момента двигателя при различной частоте вращения коленчатого вала определяются по формуле:

Полученные значения сводим в таблицу 2.1. По данным таблицы построена ВСХ двигателя (рисунок 2.1).

Таблица 2.1

Данные для построения графиков внешней скоростной характеристики двигателя

Параметры	Частота вращения, об/мин
Обозначение	Размерность	700	1100	1470,6	1800	2200	2500
	-	0,280	0,440	0,588	0,720	0,880	1
	кВт	53,15	91,61	125,74	150,77	169,28	171,14
	кВт	50,49	87,03	119,45	143,23	160,82	162,58
	Н•м	725,11	795,36	816,54	799,90	734,84	653,75
	Н•м	688,86	755,60	775,71	759,91	698,10	621,07



Рисунок 2.1 График внешней скоростной характеристики дизельного двигателя

3. Оценка тягово-скоростных свойств автомобиля

3.1 Тяговая характеристика автомобиля

Оценку тягово-скоростных свойств автомобиля производят, решая уравнение К его движения. Уравнение движения автомобиля связывает силу, движущую автомобиль, с силами сопротивления и позволяет определить характер прямолинейного движения автомобиля.

Окружная сила на ведущих колесах при движении автомобиля затрачивается на преодоление сил:

где: - тяговая сила, приложенная к колёсам;

- сила сопротивления качению;

- сила сопротивления подъёму;

- сила сопротивления воздуха;

- сила сопротивления разгону.

3.1.1 Построение графика тяговой характеристики автомобиля

Графическое изображение уравнения силового (тягового) баланса в координатах «окружная сила-скорость», называется тяговой характеристикой автомобиля.

Для построения тяговой характеристики используют следующие зависимости:

Представим , в данной работе предполагается, что автомобиль движется по горизонтальной дороге, поэтому . Расчёт ведётся только для силы сопротивления качению колёс автомобиля:

где - коэффициент сопротивления качению.

где - коэффициент сопротивления качению при движении автомобиля с малой скоростью, принимаем [1, с.41];

- скорость движения автомобиля, км/ч.

В предположении отсутствия буксования сцепления и ведущих колес автомобиля связь между частотой вращения коленчатого вала двигателя n_e и скоростью автомобиля V_а находится из соотношений:

где r₀ - расчетный радиус качения ведущих колес, м; n_e имеет размерность об/мин.

Рассчитанные значения и заносим в таблицу 3.1 и строим тяговую характеристику.

Таблица 3.1

Данные для построения графиков по оценке тягово- скоростных свойств автомобиля

Параметры	Частота вращения, об/мин
Обозначение	Размерность	700	1100	1470,6	1800	2200	2500
Передача 1	u1=10, д1=5,04		км/ч	2,52	3,96	5,29	6,48	7,92	9,00
			Н	61351,81	67295,64	69087,19	67679,75	62174,88	55314,16
			-	0,0070	0,0070	0,0070	0,0070	0,0070	0,0070
			Н	1128,93	1129,31	1129,81	1130,37	1131,22	1131,96
			Н	1,80	4,45	7,96	11,93	17,82	23,01
		D	-	0,3805	0,4173	0,4284	0,4197	0,3855	0,3429
			м/с2	0,73	0,80	0,82	0,80	0,74	0,65
Передача 2	u2=5,62, д2=2,3		км/ч	4,48	7,04	9,42	11,52	14,08	16,01
			Н	34479,72	37820,15	38827,00	38036,02	34942,28	31086,56
			-	0,0070	0,0070	0,0070	0,0070	0,0070	0,0071
			Н	1129,49	1130,69	1132,27	1134,07	1136,73	1139,08
			Н	5,71	14,10	25,20	37,76	56,41	72,84
		D	-	0,2138	0,2345	0,2406	0,2357	0,2164	0,1923
			м/с2	0,88	0,97	1,00	0,97	0,89	0,79
Передача 3	u3=3,16, д3=2,3		км/ч	7,97	12,52	16,74	20,49	25,05	28,47
			Н	19387,17	21265,42	21831,55	21386,80	19647,26	17479,27
			-	0,0070	0,0070	0,0071	0,0071	0,0072	0,0072
			Н	1131,25	1135,04	1140,06	1145,74	1154,17	1161,59
			Н	18,06	44,60	79,72	119,43	178,41	230,39
		D	-	0,1201	0,1316	0,1349	0,1319	0,1207	0,1070
			м/с2	0,77	0,85	0,87	0,85	0,77	0,68
Передача 4	u4=1,78, д4=1,17		км/ч	14,15	22,23	29,73	36,38	44,47	50,53
			Н	10920,62	11978,62	12297,52	12046,99	11067,13	9845,92
			-	0,0071	0,0071	0,0072	0,0073	0,0075	0,0076
			Н	1136,81	1148,76	1164,57	1182,46	1209,02	1232,43
			Н	56,93	140,57	251,25	376,41	562,29	726,10
		D	-	0,0674	0,0734	0,0747	0,0724	0,0652	0,0566
			м/с2	0,51	0,56	0,57	0,55	0,48	0,41
Передача 5	u5=1, д5=1,08		км/ч	25,19	39,58	52,91	64,76	79,16	89,95
			Н	6135,18	6729,56	6908,72	6767,97	6217,49	5531,42
			-	0,0072	0,0074	0,0077	0,0081	0,0086	0,0090
			Н	1154,44	1192,32	1242,43	1299,10	1383,26	1457,43
			Н	180,37	445,39	796,06	1192,62	1781,57	2300,58
		D	-	0,0369	0,0390	0,0379	0,0346	0,0275	0,0200
			м/с2	0,27	0,29	0,27	0,24	0,17	0,10

График тяговой характеристики автомобиля представлен на рисунке 3.1

Рисунок 3.1 Тяговая характеристика автомобиля

3.1.2 Практическое использование тяговой характеристики автомобиля

С помощью тяговой характеристики (рисунок 3.1) определяем основные показатели динамичности автомобиля при его равномерном движении:

1) Максимальная скорость движении автомобиля .

Определяют по абсциссе точки пересечения кривых совместной силы сопротивления воздуха и дорожного сопротивления и окружной силы на высшей передаче . Из графика видно, что эти кривые не пересекаются, следовательно автомобиль имеет запас мощности, который будет использоваться для поддержания максимальной скорости движения автомобиля при увеличении дорожного сопротивления. Значение максимальной скорости будет иметь значение максимальной абсциссы кривой

2) Максимально возможная сила сопротивления дороги которую может преодолевать автомобиль.

Определяется на низшей передаче в коробке передач

3) Максимальная окружная сила по сцеплению шин ведущих колёс с дорогой .

Чтобы учесть возможность буксования ведущих колёс, определяем для заданного значения ц силу сцепления по формуле

где - сцепной вес автомобиля, т. е. сила тяжести, приходящаяся на ведущие колеса автомобиля, Н;

- коэффициент сцепления шин автомобиля с поверхностью дорожного покрытия.

Проведём на графике тяговой характеристики линию, соответствующую силе сцепления . Так как значения окружной силы на ведущих колёсах не превышают значения силы сцепления колёс с дорогой, то ведущие колёса катятся без пробуксовки. Определяем максимальную окружную силу при которой отсутствует буксование:

4) Критическая скорость движения автомобиля по условиям величины окружной силы на ведущих колёсах и области устойчивого движения автомобиля при полной нагрузке двигателя.

Абсциссы точек перегиба кривых окружной силы характеризуют критическую скорость движения автомобиля по условию развиваемой окружной силы. При движении со скоростью (где j - номер передачи), случайное повышение сопротивления движению вызывает уменьшение скорости при одновременном увеличении значения окружной силы на ведущих колёсах. При движении же со скоростью увеличение сопротивления движению снижает скорость автомобиля, что приводит к интенсивному снижению . Таким образом, скорость является границей, определяющей область устойчивого движения автомобиля при полной нагрузке двигателя. При движение на j - той передаче устойчиво, а при движение неустойчиво.

Особыми точками тяговой характеристики автомобиля являются:

1) максимальная скорость движения автомобиля ;

2) окружная сила при максимальной скорости ;

3) максимальная окружная сила на высшей передаче , где j - номер высшей передаче;

4) максимальная окружная сила , развиваемая на ведущих колёсах автомобиля;

5) минимальная устойчивая скорость движения автомобиля ;

6) окружная сила по сцеплению шин ведущих колёс с дорогой ;

7) критическая скорость движения автомобиля по условию величины окружной силы на высшей передаче .

Значения особых точек тяговой характеристики автомобиля приведены в таблице 3.2

Таблица 3.2

Особые точки тяговой характеристики автомобиля

Параметр
Размерность	км/ч	кН	кН	кН	км/ч	кН	км/ч
Значение	90	5,531	6,906	69,087	2,52	97,904	50

3.2 Характеристика мощностного баланса автомобиля

Мощностной баланс автомобиля позволяет анализировать затраты мощности на преодоление сопротивлений движению, обусловленных воздействиями внешней среды и внутренним трением в механизмах автомобиля. Это позволяет оценить эффективность использования мощности двигателя и анализировать топливную экономичность автомобиля.

По аналогии с уравнением силового баланса уравнение мощностного баланса можно записать в виде

а для случая установившегося движения автомобиля по горизонтальной дороге:

записав силы развёрнутыми выражениями, получим:

Отношение мощности, необходимой для равномерного движения автомобиля, к мощности, которую двигатель может развивать при полной подаче топлива и той же скорости движения автомобиля называют степенью использования мощности двигателя:

Результаты расчётов сводим в таблицу 3.3. График мощностной характеристики автомобиля приведён на рисунке 3.3

Таблица 3.3

Данные для построения мощностной характеристики автомобиля

Параметры	Частота вращения, об/мин
Обозначение	Размерность	700	1100	1470,6	1800	2200	2500
	кВт	53,15	91,61	125,74	150,77	169,28	171,14
	кВт	50,49	87,03	119,45	143,23	160,82	162,58
Передача 1	зтр=0,85		кВт	42,92	73,98	101,53	121,74	136,70	138,20
			км/ч	2,52	3,96	5,29	6,48	7,92	9,00
			м/c	0,70	1,10	1,47	1,80	2,20	2,50
			кВт	0,790	1,242	1,661	2,034	2,487	2,828
			кВт	0,001	0,005	0,012	0,021	0,039	0,057
		И	-	0,018	0,017	0,016	0,017	0,018	0,021
Передача 2	зтр=0,85		кВт	42,92	73,98	101,53	121,74	136,70	138,20
			км/ч	4,48	7,04	9,42	11,52	14,08	16,01
			м/c	1,24	1,96	2,62	3,20	3,91	4,45
			кВт	1,406	2,212	2,961	3,630	4,447	5,064
			кВт	0,007	0,028	0,066	0,121	0,221	0,324
		И	-	0,033	0,030	0,030	0,031	0,034	0,039
Передача 3	зтр=0,85		кВт	42,92	73,98	101,53	121,74	136,70	138,20
			км/ч	7,97	12,52	16,74	20,49	25,05	28,47
			м/c	2,21	3,48	4,65	5,69	6,96	7,91
			кВт	2,505	3,949	5,303	6,523	8,031	9,185
			кВт	0,040	0,155	0,371	0,680	1,241	1,822
		И	-	0,059	0,055	0,056	0,059	0,068	0,080
Передача 4	зтр=0,85		кВт	42,92	73,98	101,53	121,74	136,70	138,20
			км/ч	14,15	22,23	29,73	36,38	44,47	50,53
			м/c	3,93	6,18	8,26	10,11	12,35	14,04
			кВт	4,468	7,095	9,616	11,951	14,935	17,300
			кВт	0,224	0,868	2,075	3,804	6,946	10,192
		И	-	0,109	0,108	0,115	0,129	0,160	0,199
Передача 5	зтр=0,85		кВт	42,92	73,98	101,53	121,74	136,70	138,20
			км/ч	25,19	39,58	52,91	64,76	79,16	89,95
			м/c	7,00	10,99	14,70	17,99	21,99	24,99
			кВт	8,077	13,108	18,261	23,371	30,415	36,416
			кВт	1,262	4,897	11,700	21,455	39,173	57,483
		И	-	0,218	0,243	0,295	0,368	0,509	0,679

Рисунок 3.2 Мощностная характеристика автомобиля

3.3 Динамическая характеристика автомобиля

Методы тягового (силового) и мощностного балансов затруднительно применять при сравнении тягово-динамических свойств автомобилей, имеющих различные снаряженные массы и грузоподъемность, так как при движении их в одинаковых условиях силы и мощности, необходимые для преодоления суммарного дорожного сопротивления, различны. От этого недостатка свободен метод решения уравнения движения с помощью динамической характеристики.

С целью построения графика динамической характеристики воспользуемся безразмерной величиной D - динамическим фактором, равным отношению свободной силы тяги - к силе тяжести автомобиля :

Полученные данные заносим в таблицу 3.1

3.3.1 Построение графика динамической характеристики автомобиля

Графическое изображение зависимости динамического фактора от скорости движения автомобиля на различных передачах в коробке передач и полной нагрузке на автомобиль называют динамической характеристикой автомобиля.

При построении динамической характеристики принимаем во внимание, что автомобиль движется по горизонтальной дороге и двигатель работает по скоростной характеристике.

Для расчета динамического фактора D и построения динамической характеристики автомобиля используют значения и в функции скорости движения автомобиля на различных передачах, приведенные в таблице 3.1. В эту же таблицу для различных передач в функции скорости движения автомобиля записывают значения динамического фактора D.

График динамической характеристики изображён на рисунке 3.3



Рисунок 3.3 Динамическая характеристика автомобиля

3.3.2 Практическое использование динамической характеристики

По динамической характеристике можно судить о тягово-скоростных свойствах автомобиля. С этой целью по графику определяются:

1. Максимальная скорость движения автомобиля .

Определяется в заданном масштабе абсциссой точки пересечения кривых на высшей передаче и . Из графика видно, что эти кривые не пересекаются, следовательно автомобиль имеет запас мощности, который будет использоваться для поддержания максимальной скорости движения автомобиля при увеличении дорожного сопротивления. Значение максимальной скорости будет иметь значение максимальной абсциссы кривой D₅.

2. Максимальное дорожное сопротивление , преодолеваемое автомобилем на высшей (k-ой) передаче.

Для определения максимального дорожного сопротивления необходимо по графику динамической характеристики найти и определить по формуле:

3. Максимальный уклон , преодолеваемый автомобилем на j-й передаче.

Если известна величина сопротивления качению автомобиля в функции скорости его движения , то по разности можно определить величину максимального уклона, который может преодолевать автомобиль на данной передаче:

Результаты расчёта приведены в таблице 3.4

Таблица 3.4

Максимальный уклон, преодолеваемый автомобилем на j-ой передаче

Номер передачи	1	2	3	4	5
Максимальный подъём	0,4214	0,2336	0,1278	0,0675	0,0316

4. Критическая скорость движения автомобиля по условию величины динамического фактора и область устойчивого движения автомобиля при полной нагрузке двигателя.

Абсциссы точек перегиба кривых динамического фактора характеризуют критическую скорость движения автомобиля по условиям величины динамического фактора. При движении автомобиля на j-jй передаче со скоростью , случайное повышение сопротивления движению вызывает уменьшение скорости, но при этом одновременно увеличивается значение динамического фактора . При движении же со скоростью , увеличение сопротивления движению снижает скорость автомобиля, что приводит к интенсивному уменьшению . Таким образом, скорость является границей, определяющей область устойчивого движения автомобиля при полной загрузке двигателя, т. е. при - движение устойчиво, при - движение неустойчиво.

Таблица 3.5

Критическая скорость движения автомобиля на j-ой передаче

Номер передачи	1	2	3	4	5
Критическая скорость , км/ч	5	10	17	30	50

5. Зона движения автомобиля без буксования ведущих колес.

где - коэффициент сцепного веса, показывающий, какая доля веса автомобиля приходится на ведущие колёса. С увеличением коэффициента сцепного веса автомобиля повышается его проходимость.

6. Условие безостановочного движения.

Особыми точками динамической характеристики автомобиля являются:

1. Максимальная скорость движения автомобиля ;

2. Динамический фактор при максимальной скорости движения автомобиля ;

3. Максимальный динамический фактор на высшей передаче , где k - номер высшей передачи;

4. Максимальный динамический фактор автомобиля ;

5. Максимальное дорожное сопротивление, преодолеваемое автомобилем на высшей передаче ;

6. Максимальный уклон, преодолеваемый автомобилем на высшей передаче ;

7. Минимальная устойчивая скорость движения автомобиля ;

8. Динамический фактор по сцеплению шин с поверхностью дорожного покрытия ;

9. Критическая скорость движения автомобиля на высшей передаче .

Значения особых точек динамической характеристики рассматриваемого автомобиля приведены в таблице 3.6

Таблица 3.6

Значения особых точек динамической характеристики автомобиля.

Параметр
Размер-ность	км/ч	-	-	-	кН	-	км/ч	-	км/ч
Значение	90	0,02	0,039	0,4284	6,288	0,0316	2,52	0,61	50

3.4 Ускорение автомобиля при разгоне

Ускорение автомобиля при разгоне (приемистость) характеризует его способность быстро трогаться с места и увеличивать скорость движения.

Ускорение автомобиля определяют экспериментально или рассчитывают применительно к горизонтальной дороге с твердым покрытием хорошего качества при условии максимального использования мощности двигателя и отсутствии буксования колес.

Минимальное значение скорости при разгоне соответствует минимальным устойчивым оборотам коленчатого вала двигателя . В интервале скоростей 0 - автомобиль трогается с места при пробуксовке сцепления и постепенном увеличении подачи топлива.

Величину ускорения в м/с² находят из уравнения, связывающего значение динамического фактора с условиями движения автомобиля. Учитывая, что для горизонтальной дороги

где - коэффициент сопротивления качению; - коэффициент учёта вращающихся масс.

где - коэффициент сопротивления качению колеса, катящегося с постоянной скоростью, не превышающей 50 км/ч, с постоянным радиусом () [1, с.41].

Определяем коэффициенты учёта вращающихся масс:

где - передаточное число передачи в КП.

Принимаем коэффициенты равными

Значения динамического фактора и соответствующие ему значения коэффициентов сопротивления качению берём из таблицы 3.1

По данным таблицы 3.1 строим график ускорений автомобиля (рисунок 3.4).



Рисунок 3.4 Ускорения автомобиля на передачах

Важнейшими точками характеристики ускорений автомобиля являются:

1. Максимальное ускорение .

2. Скорость автомобиля при максимальном ускорении .

3. Максимальное ускорение на высшей передаче.

4. Скорость автомобиля на высшей передаче при максимальном ускорении .

5. Максимальная скорость движения автомобиля .

Таблица 3.7

Значение особых точек характеристик ускорений

Параметр
Размерность	м/с2	км/ч	м/с2	км/ч	км/ч
Значение	1	10	0,28	40	90

3.5 Характеристики времени и пути разгона автомобиля

Время и путь разгона автомобиля рассчитывают в предположении, что он разгоняется по ровной горизонтальной дороге при полной подаче топлива на участке длиной 2000 м (ГОСТ 22576-90. АТС. Скоростные свойства. Методы испытаний).

3.5.1 Определение времени разгона

Трогание с места начинают на передаче, обеспечивающей максимальное ускорение. Для определения наиболее интенсивного разгона в расчет вводят ускорения, соответствующие максимально допустимой скорости движения автомобиля на данной передаче.

Для определения времени разгона разбиваем кривую ускорения на каждой передаче на 10 интервалов. Определим изменение скорости на этих промежутках:

где - скорость в конце рассматриваемого интервала; - скорость в начале рассматриваемого интервала.

Считаем, что в полученных промежутках автомобиль движется равноускорено ввиду малости самого промежутка. Тогда определим среднее ускорение:

где - ускорение автомобиля в конце рассматриваемого интервала; - ускорение автомобиля в начале рассматриваемого интервала.

Время разгона автомобиля от минимальной скорости до максимальной на данной передаче определяется по формуле:

где n - число интервалов скоростей на j-ой передаче.

Во время переключения передач с разрывом потока мощности автомобиль движется накатом. Время переключения передач зависит от квалификации водителя, конструкции КП и типа двигателя. Время движения автомобиля при

нейтральном положении в КП для автомобилей с дизельным двигателем находится в пределах 0,8…2,5 с. При расчётах принимаем

В процессе переключения передач скорость автомобиля уменьшается. Величину уменьшения скорости за время движения автомобиля накатом в процессе переключения передач, можно найти по формуле:

Считаем, что за время переключения передач сила сопротивления качению автомобиля не изменяется, т.е. коэффициент сопротивления качению остаётся постоянным и равным коэффициенту сопротивления качению , полученному при скорости, соответствующей моменту переключения передач. Полное время разгона автомобиля на всех передачах:

Исходные данные и результаты расчета сведены в таблицу 3.8. По этим дан-ным строим график времени разгона автомобиля, изображенный на рисунке 3.5

3.5.2 Определение пути разгона

При равноускоренном движении, в интервале скоростей , путь проходимый автомобилем за время , определяется:

Путь в м, пройденный автомобилем за время переключения с j - ой на (j+1)-ую передачу, определяется по формуле:

где - скорость, при которой начинается переключение на смежную высшую передачу;

- скорость, которая теряется за время переключения передач, в км/ч;

- время переключения передач, с.

Общий путь разгона автомобиля на j - ой передаче от скорости , до скорости находят суммированием значений пути ра...