Тягово-экономический расчет автомобиля

ВАЗ-2108 «Спутник».

Советский и российский переднеприводный автомобиль II группы малого класса с кузовом типа хэтчбек. Разработан и серийно выпускался на Волжском автомобильном заводе в 1984—2003 годах. Представлял собой базовую модель в семействе моделей Лада «Спутник».

Кузов ВАЗ-2108 имеет трех дверную цельнометаллическую сварную несущую конструкцию. Автомобиль обладает вариантами как пассажирского, так и грузопассажирского кузова. Все детали и узлы кузова, кроме навесных, составляют собой единое целое, сваренное контактной точечной сваркой, а сильно нагруженные детали дополнительно приварены электродуговой сваркой. Основные детали кузова штампуют из листовой малоуглеродистой стали. Толщина основных деталей кузова составляет 0,8 мм, а наружных панелей дверей и передних крыльев — 0,7 мм, усилителей 1−1,2 мм. Мелкие детали штампуют из стали толщиной 0,8−2,5 мм.

На автомобиле установлен четырёхцилиндровый четырёхтактный карбюраторный или инжекторный двигатель объёмом цилиндров 1100 см?, 1300 см? или 1500 см? (в зависимости от модификации) с рядным расположением цилиндров с распредвалом в головке цилиндров с приводом от зубчатого ремня. Двигатель специально спроектирован для поперечного расположения на переднеприводном автомобиле. Двигатель в сборе с коробкой передач и сцеплением образует силовой агрегат, установленный в моторном отсеке на трех эластичных опорах.

В зависимости от комплектации автомобиля устанавливается четырёхили пятиступенчатая коробка передач. Полость картера коробки передач объединена с главной передачей. Крутящий момент от главной передачи передается на ведущие колеса через приводы передних колёс со ШРУСами.

На автомобиле установлена торсионно-рычажная подвеска задних колес. Направляющим устройством подвески являются два продольных рычага, соединенных между собой упругим соединителем.

Независимость хода каждого колеса обеспечивается за счет скручивания усилителя, имеющего U-образное сечение, которое обладает большой жесткостью на изгиб и малой — на кручение.

1. Тягово-экономический расчет автомобиля

Тягово-экономический расчет автомобиля позволяет получить данные, по которым можно судить о тяговых (движение с равномерной скоростью), разгонных (движение с ускорением) и тормозных (движение с замедлением) свойствах автомобиля, а также его топливной экономичности.

тормозной топливный двигатель тяговый

1.1 Исходные данные и выбираемые параметры

Будем считать заданными: тип автомобиля, его назначение и область использования, грузоподъемность или пассажировместимость; скорость; тип двигателя (карбюраторный, дизель и др.), тип трансмиссии (механическая, гидромеханическая и т. д.); колесную формулу.

Таблица 1? Основные параметры автомобиля (ВАЗ 21 083)

Для легковых автомобилей, обычной проходимости КПД трансмиссии? т =0,9…0,92, [3, с. 236].

Коэффициент обтекаемости можно принимать равным; 0,25 — для легковых автомобилей; [3, с. 244].

1.2 Построение внешней скоростной характеристики

Внешней скоростной характеристикой двигателя называется зависимость эффективной мощности и эффективного крутящего момента от частоты вращения коленвала двигателя при полной подачи топлива.

Внешняя скоростная характеристика двигателя имеет следующие характерные точки

1) ?minминимально устойчивая угловая частота вращения коленвала двигателя, рад/с;

?min= 0,2?N, (1.1)

где ?N — угловая частота вращения коленвала двигателя, соответствующая максимальной мощности, рад/с.

2) ?M — угловая частота вращения коленвала двигателя, соответствующая максимальному крутящему моменту, рад/с;

3) ?огр — угловая частота вращения коленвала двигателя, при которой срабатывает ограничитель или регулятор (дизель) частоты вращения коленвала двигателя, рад/с;

?огр = (0,8? 0,9)?N. (1.2)

Текущее значение мощности определяется по формуле

(1.3)

где — значение эффективной мощности двигателя при заданной угловой частоте вращения двигателя, кВт; max — максимальная мощность, кВт; - угловая частота вращения коленвала двигателя, рад/с; - обороты вращения коленвала при максимальной мощности, рад/с; a, b, c — постоянные коэффициенты, зависящие от конструкции двигателя.

Для двигателя снабженного ограничителем или регулятором (дизель) частоты вращения коленвала двигателя, коэффициенты a, b и cвычисляются по формулам [2, с. 67].

; (1.4)

; (1.5)

; (1.6)

где ?запас крутящего момента, %;? коэффициент приспособляемости по частоте. Проверка: .

Пределы изменения нагрузки на двигатель, соответствующей его устойчивой работе, т. е. способности автоматически приспосабливаться к изменениям нагрузки на колесах, оценивают запасом крутящего момента

(1.7)

где? максимальный крутящий момент, H· м;? крутящий момент при максимальной мощности, H· м.

Крутящий момент при максимальной мощности

. (1.8)

Отношение называют коэффициент приспособляемости по частоте.

Практика показывает, что чем больше коэффициент, тем шире диапазон устойчивой работы двигателя, при этом улучшается топливная экономичность автомобиля.

Крутящий момент двигателя определяется по формуле

. (1.9)

Тяговая мощность определяется по формуле

(1.10)

где? КПД трансмиссии.

Таблица 2? Построение внешней скоростной характеристики

Примечание. Угловые частоты вращения коленвала двигателя ?1, ?2, ?3и ?4 задаются самостоятельно По результатам расчетов (табл.2) строим графики, , (рисунок 1).

Интервал отдо характеризует устойчивость работы двигателя.

1.3 Построение лучевой диаграммы

Перед построением силового и мощностного баланса следует найти связь между угловой частотой вращения коленвала двигателя и скоростью автомобиля на всех передачах. Для этого строится лучевая диаграмма.

Лучевой диаграммой называется зависимость скорости автомобиля от частоты вращения коленчатого вала двигателя при постоянном значении передаточного числа.

Диаграмму строят исходя из условия

(1.11)

где? радиус качения колеса, м;? частота вращения коленвала двигателя, рад/с;? передаточное число передачи;? передаточное число главной передачи.

Лучевая диаграмма строится по точкам максимальных скоростей на каждой передачи коробки переключения передаточных значений.

По диаграмме можно определить скорость автомобиля при различных оборотах вращения коленчатого вала автомобиля. В дальнейших расчетах значение скорости выбирать из данной диаграммы. Кинематический радиус определяют при условии максимальной скорости автомобиля и номинальных оборотах двигателя на высшей передаче в метрах

. (1.12)

Графики скоростей на различных передачах в зависимости от угловой частоты выходят из начала координат, представляют собой прямые, поэтому в качестве удобно принять =.

Таблица 3? Результаты расчета лучевой диаграммы

По результатам строим лучевую диаграмму.

1.4. Построение тяговой характеристики автомобиля

Тяговая характеристика или мощностной баланс показывает распределение мощности на всех передачах по отдельным видам сопротивлений.

(1.13)

где? мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления воздушных масс, кВт;? мощность, затрачиваемая на преодоление суммарного дорожного сопротивления, кВт;? мощность, затрачиваемая на преодоление инерции, кВт;? потери мощности в трансмиссии, кВт.

Связь между частотой вращения коленвала и скоростью автомобиля можно найти по лучевой диаграмме. Разность между мощностью двигателя и мощностью на ведущих колесах представляет собой мощность механических потерь (таблица 2).

Таблица 4? Результаты расчета мощностного баланса

Потери мощности на преодоление сопротивления воздуха определяем по формуле

(1.14)

где к — коэффициент обтекаемости; - скорость автомобиля, м/с; F — лобовое сечение автомобиля, м2[3, с. 244].

Для легковых автомобилей

F=0,8 Bh, (1.15)

где Bколея (ширина) автомобиля, м; hвысота автомобиля, м.

Величину мощности суммарного дорожного сопротивления можно найти по формуле

(1.16)

где? полный вес транспортного средства, Н;? скорость транспортного средства, м/с;? суммарный коэффициент дорожного сопротивления; iкоэффициент сопротивления подъему (при построении мощностного баланса принимаем i= 0, т. к. рассматриваем движение по горизонтальному участку дороги); fкоэффициент сопротивления качению.

Полный вес транспортного средства

. (1.17)

Коэффициент сопротивления качению для легковых автомобилей определяется по формуле

(1.18)

где? коэффициент сопротивления качению при малой скорости для грузовых автомобилей [3, с. 239].

Оптимальное значение коэффициента сопротивления качения при малой скорости движения для грузового автомобиля определяется по формуле

(1.19)

В таблице 5 дополнительно рассчитываем суммарные потери мощности на преодоление сопротивления воздуха и дорожных сопротивлений.

Таблица 5? Результаты расчета мощностного баланса

По результатам расчетов (таблицы 4) и (таблицы 5) строим график мощностного баланса (рисунок 3).

1.5 Построение графика силового баланса

Силовой баланс распределяет полную окружную силу на ведущих колесах по отдельным видам сопротивлений [3, с. 253].

(1.20)

где? сила сопротивления воздуха, Н;? сила суммарного дорожного сопротивления, Н;? сила сопротивления инерции, Н.

Полная окружная сила на всех передачах определяется по формуле

. (1.21)

Сила суммарного дорожного сопротивления определяется по формуле

(1.22)

где — полный вес автомобиля;? коэффициент сопротивления качению;? коэффициент сопротивления подъему (горизонтальн ый участок дороги).

Силу сопротивления воздуха находят по формуле

(1.23)

где к — коэффициент обтекаемости;? скорость движения автомобиля, м/с; F? площадь поперечного сечения, м2.

Рассчитанные значения сил заносим в таблицы 6 и 7.

Кривые строим по точкам максимальных скоростей на каждой передаче коробки переключения передаточных значений.

Максимально возможная скорость автомобиля определяется точкой пересечения графика для высшей передачи с кривой суммарно го сопротивления.

Таблица 6? Результаты расчета силового баланса

Таблица 7 — Данные для построения графика силового баланса

По данным таблиц 6 и 7 строим график силового баланса (рисунок 4).

1.6 Построение динамической характеристики автомобиля

Динамическая характеристика представляет собой зависимость динамического фактора Dот скорости автомобиля [3, с. 256].

. (1.24)

Динамический фактор определяется по формуле

(1.25)

где? полная окружная сила, Н;? сила сопротивления воздушных масс, Н;? свободная сила тяги, Н; - суммарная нормальная опорная реакция всех колес автомобиля. По графику силового баланса находим значение .

Таблица 8? Результаты расчета динамического фактора

При равномерном движении, в этом случае динамический фактор определяет дорожное сопротивление, которое может преодолевать транспортное средство на соответствующей передаче при определенной скорости где i — коэффициент, сопротивления подъему (в расчетах принимается i= 0),? коэффициент сопротивления качению.

Таблица 9? Результаты расчета коэффициента сопротивления качения

По данным табл. 9 строим график f = f (), где пересечение кривой f = f () c кривой D = f () определяет максимальную скорость автомобиля.

1.7 Определение ускорения автомобиля

Величину ускорения определить по формуле (м/с?) [3, с. 261].

(1.26)

где величину можно определить по динамической характеристике

;

где gускорение свободного падения, м/с?;? — коэффициент учета вращающихся масс, его величину определяют по эмпирической формуле

Таблица 10? Результаты расчета ускорения

По данным таблицы 10 строим график ускорения .

1.8 Построение графика обратного ускорения

Время и путь разгона следует определять графоаналитическим методом. Для определения времени разгона строится график величин, обратных ускорению. Поскольку величина, обратная ускорению, при скорости, близкой к максимальной имеет большое значение, построение следует ограничить скоростью.

По данным таблицы 10 считаем значения обратных ускорений 1/j, с?/м и заносим их в таблицу 11.

Таблица 11? Результаты расчета обратного ускорения

По данным таблицы 11 аналогично графику ускорений строится график обратных ускорений (рисунок 7).

1.9 Определение времени и пути разгона автомобиля

Для определения времени разгона график обратных ускорений разбивают на ряд интервалов скоростей, в каждом из которых определятся площадь, заключенная между кривой величин, обратных ускорению и осью абсцисс — это площадь времени движения [3, с. 263].

Время движения на каждом участке определятся по формуле

(1.27)

где i — порядковый номер интервала; - площадь, заключенная между кривой и осью абсцисс, мм2; а — масштабный коэффициент, показывающий на графике 1/j количество мм в 1 с2/м; b — масштабный коэффициент скорости, показывающий на графике скорости количество мм в 1 м/с.

Расчетные значения времени разгона на различных интервалах заносим в таблицу 12, а на графике (рисунок 8), время разгона откладывается нарастающим итогом.

Таблица 12? Результаты расчета времени разгона

По таблице 12 определяем общее время разгона T.

Для определения пути разгона график времени разгона разбиваем на интервалы и подсчитываем площади между кривой и осью ординат.

Путь разгона на каждом участке определяется [3, с. 263].

(1.28)

где? путь разгона на i-том интервале скоростей, м;? площадь между кривой и осью ординат, мм2; с — масштабный коэффициент времени, показывающий на графике количество мм в одну секунду.

Значения заносим в таблицу13.

Найденный в каждом интервале путь разгона последовательно суммируем и строим график .

Таблица 13 — Данные для построения графика пройденного пути

По таблице 13 найдем суммарное значение пути .

При построении графиков времени и пути разгона необходимо четко определится с масштабными коэффициентами a и b.

1.10 Топливная экономичность (путевой расход топлива)

Расход топлива является неотъемлемым тягово-экономическим показателем работы автомобиля, так как с повышением потребления топлива судят о состоянии двигателя? степени его изношенности и выработки максимальных тяговых свойств [3, с. 308].

Путевой расход топлива (л/100км)

(1.29)

где? плотность топлива, для бензина 0,75 кг/л, для дизельного топлива 0,84 кг/л;? удельный расход топлива, г/кВт· ч. По величине оценивают расход топлива автомобилем при заданном режиме движения.

Значения берут либо из подробных топливных характеристик двигателя, либо в первом приближении по зависимости

(1.30)

где и? коэффициенты, учитывающие изменение соответственно от нагрузки и угловой скорости. Обычно = 200…240 г/кВт· ч для дизелей.

Принимают

(1.31)

(1.32)

где, и равны соответственно 1,7; (?2,63) и 1,93 для дизелей и 2,75; (?4,61) и 2,86 для бензиновых двигателей; И — коэффициент использования мощности двигателя;, и равны соответственно 1,23; (?0,79) и 0,56 для обоих типов двигателей [1, с. 178].

Коэффициент использования мощности двигателя

. (1.33)

Расчеты следует выполнять только для высшей передачи и для трех значений дорожного сопротивления: 1); 2) +0,001; 3) +0,002 .

На графике путевого расхода топлива следует выделить и записать значения расхода топлива при 90 и 120 км/ч для автомобилей полной массой менее 3,5 т; при 40 и 60 км/ч? для городских автобусов и полноприводных автомобилей полной массой более 3,5 т; при 60 и 80 км/ч? для остальных автомобилей с целью сравнения со значениями, приведенными в технической характеристике данного автомобиля.

Результаты для дорожного сопротивления заносим в таблицу 14.

Таблица 14? Результаты расчета топливной экономичности автомобиля при =0,02

Таблица 15? Результаты расчета топливной экономичности автомобиля при = 0,021

Таблица 16? Результаты расчета топливной экономичности автомобиля при = 0,022

Cтроим график QS= f () по значениям и QS из таблиц 14, 15 и 16 для, и .

1.11 Тормозной и остановочный пути Оценка тормозных свойств автомобиля в курсовом проекте проводится расчетом только для экстренного торможения одиночного автомобиля до полной остановки на сухом горизонтальном участке асфальтированного шоссе при холодных тормозных механизмах и отсоединенном двигателе. Для этих условий строятся графики тормозного и остановочного путей по следующим зависимостям [3, с. 293].

(1.34)

. (1.35)

Рекомендуется принимать следующие значения [3, с. 290]:

= 0,2 с? для пневмопривода; = 0,6 с? для грузовых автомобилей полной массой от 3,5 до 12,0 т, = 0,5 с — время реакции водителя.

В расчетах следует брать коэффициент сцепления= 0,6 для грузовых автомобилей. Результаты расчета заносим в таблицу 15, причем установившееся замедление будет равно

. (1.36)

Таблица 15? Результаты расчета тормозного и остановочного пути

По данным таблицы 15 строим график (рисунок 11), на который наносим значение при = 60 км/ч. Все полученные графики при расчете тягово-динамических параметров автомобиля приводятся на одном листе миллиметровки.

1. Литвинов, А. С. Автомобиль. Теория эксплуатационных свойств: Учебник. М.: Машиностроение.? 1989.? С. 112, 178.

2. Нарбут, А. Н. Теория автомобиля: Учебное пособие.? М.: МАДИ (ТУ).? Часть 1, 2000. Часть 2, 2001 (или изд. 2-е. ?2002).? С. 67, 198.

3. Стуканов, В. А. Основы теории автомобильных двигателей и автомобиля: учебное пособие. — М.: ИД «Форум»: ИНФРА-М, 2010. — 368 с.: ил. — (Профессиональное образование).? С. 236?310.

.ur