Визначення показників експлуатаційних властивостей автомобіля

Мiнiстерство освіти i науки України Луцький національний технічний унiверситет кафедра автомобілів шифр 064−09

Курсова робота

Пояснювальна записка до курсової роботи

з дисципліни: «Теорія експлуатаційних властивостей автомобіля»

Визначення показників експлуатаційних властивостей автомобіля

Виконав: ст.гр. АТС-11

Островський В.

Перевірив:

Сітовський О.П.

Луцьк 2010

ЗМІСТ

двигун трансмісія гальмівний автомобіль Вступ

1. Тяговий розрахунок автомобіля і визначення його тягово-швидкісних властивостей

1.1 Визначення максимальної ефективної потужності двигуна

1.2 Визначення передаточних чисел трансмісії

1.3 Визначення показників тягово-швидкісних властивостей

1.4 Побудова допоміжних залежностей

1.5 Аналіз діаграм

2. Визначення показників експлуатаційних властивостей автомобіля

2.1 Гальмівні властивості

2.2 Стійкість автомобіля

2.3 Керованість автомобіля

2.4 Паливна економічність автомобіля Перелік посилань Додатки

Вступ

Вивчення дисципліни «Теорія експлуатаційних властивостей автомобілів» направлене на придбання знань щодо основних експлуатаційних властивостей автомобіля і вироблення необхідних навичок їх оцінки безпосередньо прив’язаних до конкретних умов руху.

Як відомо, ефективність роботи автомобіля визначається впливом техніко-експлуатаційних властивостей конструкції, пов’язаних з його рухом. До них відносяться тягово-швидкісні і гальмівні властивості, паливна економічність, стійкість, керованість, плавність руху і прохідність.

Перераховані властивості визначаються окремо в певній послідовності. Однак, необхідно відмітити, що вони тісно взаємозв'язані, що зміна однієї з них приводить до зміни інших. Це необхідно враховувати ще і тому, що покращення однієї з них може призвести до погіршення інших.

В зв’язку з цим, особливе значення має пошук оптимальних рішень як при проектуванні автомобіля, так і при виборі режимів його руху в різних умовах експлуатації.

Вимірювачі і показники перерахованих основних техніко-експлуатаційних властивостей встановлюються і визначаються на основі закономірностей руху автомобіля.

1. Тяговий розрахунок автомобіля і визначення його тягово-швидкісних властивостей

Основним завданням тягового розрахунку є визначення максимальної потужності двигуна і передаточних чисел трансмісії проектованого автомобіля, які зможуть забезпечити необхідні показники тягово-швидкісних властивостей.

Тяговий розрахунок виконують у відповідності з вихідними даними, вказаними в завданні.

ККД трансмісії автомобіля визначається як добуток ККД її функціональних елементів:

де — ККД функціональних елементів трансмісії (коробка передач, карданна передача, головна передача та ін.).

При виборі ККД трансмісії слід орієнтуватись на найбільш сучасні конструкції автомобілів. При відсутності точного значення ККД трансмісії можна прийняти такі значення ККД:

— легкові автомобілі і автобуси особливо малого класу = 0,92… 0,96;

— вантажні автомобілі і автобуси з колісною формулою 4×2 і одинарною головною передачею = 0,90…0,94;

— вантажні автомобілі і автобуси з подвійною головною передачею

= 0,88…0,90;

— вантажні автомобілі з колісною формулою 4×4 =0,84…0,86;

— вантажні автомобілі з колісною формулою 6×4 =0,80…0,84.

Оскільки у завданні розглядається автомобіль А-092 Богдан, то приймаємо

Фактор опору повітря визначається як добуток коефіцієнта обтічності k на площу поперечного перерізу автомобіля F; k = 0,481 с2м-4

Площа поперечного перерізу F вказана у завданні; F=5, 04 м2

1.1 Визначення максимальної ефективної потужності двигуна

Максимальну ефективну потужність двигуна визначають, користуючись рівняннями балансу потужності для встановленого руху автомобіля із заданою максимальною швидкістю по дорозі з сумарним опором дороги

Розрахункову потужність визначають за формулою:

де — повна маса автомобіля, кг;

— прискорення вільного падіння, м/с2;

— максимальна швидкість автомобіля, м/с;

— коефіцієнт опору кочення при русі на горизонтальній ділянці дороги, який визначається при максимальній швидкості за формулою:

— швидкісний коефіцієнт, що характеризує протікання зовнішньої швидкісної характеристики двигуна;

а, b, с — постійні коефіцієнти: для бензинових та газових двигунів а=0,53; b=1,56; с=1,09

Одержане значення максимальної ефективної потужності заокруглюємо до цілого числа і використовувати як вихідний параметр при розрахунку зовнішньої швидкісної характеристики двигуна розроблюваного автомобіля.

Для побудови кривих зовнішньої швидкісної характеристики і Ме (n) використовується формула Лейдермана:

Наступні точки розраховуємо аналогічно.

Відповідно, значення крутного моменту двигуна визначаються за формулою:

Наступні точки розраховуємо аналогічно.

Границі робочого діапазону частоти обертання вала двигуна приймаємо у межах від до, а сам діапазон розбиваємо на 10 частин:

Для зручності розрахунків значення обертів заокруглюємо, встановивши між ними одинакові діапазони. Для цього можна дещо підкоректувати мінімальні оберти колінчастого валу.

Результати розрахунків і Ме (n) зводимо у таблицю 4.1 за якими будуємо зовнішню швидкісну характеристику двигуна (рис. 1, додаток).

1.2 Визначення передаточних чисел трансмісії

Передаточне число головної передачі визначається із умови забезпечення руху автомобіля з максимальною швидкістю при максимальній частоті обертання колінвалу двигуна:

де — частота обертання колінчастого вала двигуна при максимальній потужності;

— динамічний радіус колеса;

— передатне число розгінної передачі, на якій досягається максимальна швидкість (як правило).

Остання передача з передаточним числом < 1 призначається для підвищення економічності автомобіля і, як правило, не використовується для розгону автомобіля до заданої максимальної швидкості.

Передаточне число першої передачі визначається із умови подолання автомобілем заданого максимального сумарного опору дороги, що характеризується коефіцієнтом :

де — передаточне число роздавальної коробки (для повнопривідних автомобілів = 2; для дорожніх = 1);

— коефіцієнт сумарного опору дороги;

— динамічний радіус колеса;

— максимальний крутний момент двигуна, що досягається при частоті обертання nM, визначається за формулою:

тут П — коефіцієнт пристосування двигуна, який можна орієнтовно визначати за формулою:

Знайдену величину перевіряють, виходячи із можливості реалізації максимальної сили тяги за умови сили зчеплення ведучих коліс з дорогою, яка характеризується коефіцієнтом зчеплення. Відповідно до цієї умови максимальне передаточне число першої передачі:

де — коефіцієнт зчеплення, приймають рівним 0,6…0,8;

— вага, яка приходиться на ведучі колеса автомобіля, Н.

При визначенні слід враховувати перерозподіл навантаження по осях автомобіля під час розгону.

Для задньопривідного автомобіля:

де =1,15… 1,20 — коефіцієнт зростання навантаження на задню (ведучу) вісь автомобіля.

Умова руху автомобіля без буксування:

Оскільки дана умова виконується, то значення знайдено вірно.

Передаточні числа проміжних передач визначаються з таким розрахунком, щоб вони створювали геометричний ряд. Якщо вища передача пряма 1, то де к— порядковий номер передачі; m — кількість передач.

Для другої передачі

Наступні розрахунки проводимо аналогічно.

1.3 Визначення показників тягово-швидкісних властивостей

Ряд кривих N(V) діаграми балансу потужності розраховуються за формулами:

Nk -потужність, що підводиться до коліс,

Для першого робочого діапазону

Наступні точки розраховуємо аналогічно.

Nш — потужність, що втрачається на подолання сумарного опору дороги Для першого робочого діапазону п’ятої передачі

Наступні точки розраховуємо аналогічно.

де — коефіцієнт опору кочення;

Для першого робочого діапазону п’ятої передачі

Наступні розрахунки проводимо аналогічно.

Nw — потужність, що затрачається на подолання опору повітря:

Для першого робочого діапазону першої передачі

Наступні точки розраховуємо аналогічно.

Швидкість руху автомобіля дорівнює:

Для першого робочого діапазону першої передачі

Наступні точки розраховуємо аналогічно.

Динамічний фактор визначається за формулою:

Для першого робочого діапазону першої передачі

Наступні точки розраховуємо аналогічно.

— вільна сила тяги:

Для першого робочого діапазону першої передачі

Наступні точки розраховуємо аналогічно.

— сила тяги на колесах:

Для першого робочого діапазону першої передачі

Наступні точки розраховуємо аналогічно.

— сила опору повітря, Для першого робочого діапазону першої передачі

Наступні точки розраховуємо аналогічно.

Прискорення автомобіля визначається за формулою:

де — для горизонтальної ділянки дороги сумарний опір дороги;

Для першого робочого діапазону першої передачі

Наступні точки розраховуємо аналогічно.

— коефіцієнт врахування обертових мас:

Для першої передачі

Наступні точки розраховуємо аналогічно.

Результати розрахунків, заносимо в таблицю 1.1. За цими значеннями будуємо діаграми N(V) (баланс потужності), Р (V) (силовий баланс), D (V)(динамічна характеристика), (V) (графік прискорень автомобіля), які характеризують тягово-швидкісні властивості автомобіля.

Криві часу і шляху розгону будуються графоаналітичним методом на основі діаграми прискорень (V) автомобіля. Для цього на графіку прискорень необхідно розділити криві прискорень на 5−7 інтервалів. Можна для зручності взяти точки, які вже розраховані для відповідних передач і обертів колінвалу (рядки 4,9 таблиці 1.1).

Границі інтервалів швидкостей позначаються послідовно, а відповідні їм значення прискорень — Швидкості, при яких здійснюється перехід від нижчої передачі до вищої, приймаються із умови максимального прискорення. Побудову графіків і виконувати до швидкості

Таблиця 1.1

Результати розрахунків тягово-швидкісних властивостей автомобіля для різних передач

Час розгону автомобіля визначається для кожного інтервалу швидкостей за формулами:

Наступні точки розрахокуємо аналогічно.

Шлях розгону автомобіля визначається для кожного інтервалу швидкостей за формулами:

Наступні точки розраховуємо аналогічно.

Сумарні час і шлях розгону будуть визначатися за формулами:

Результати розрахунків заносяться в таблицю 1.2.

Таблиця 1.2

Із розрахунків видно, що максимальна швидкість руху проектованого автобуса А-092 Богдан становить 31 м/с; автобус може долати максимальний підйом не менше 25% (ш=0,26); час розгону до максимальної швидкості становить 95 с; шлях розгону до максимальної швидкості — 1922 м.

Отримані тягово-швидкісні характеристики проектованого автомобіля відповідають вимогам ГОСТ 21 398–75 «Автомобілі вантажні. Загальні технічні вимоги» і ГОСТ 22 576–77 «Автомобілі і автопоїзди».

1.4 Побудова допоміжних залежностей

Для аналізу тягово-швидкісних властивостей автомобіля побудовані діаграми доповнилися рядом допоміжних залежностей.

1. На динамічну характеристику D (V) автомобіля нанесено горизонтальні прямі (значення коефіцієнта ш).

ш max — заданий в завданні;

ш 1 — сумарний коефіцієнт опору дороги при русі автомобіля на підйом 3% зі швидкістю 8,5 м/с:

2. На динамічну характеристику D(V) нанесено також криві зчіпного фактору і. Вказані криві розраховувалисяти при = 0,15 (лід) і = 0,5 (мокрий асфальт).

Зчіпний фактор визначається за формулою:

де — зчіпна вага (вертикальна реакція на ведучих колесах автомобіля, що рухається); Н.

Зчіпна вага для автомобіля із заднім приводом визначається за формулою:

де навантаження на задні, ведучі колеса, Н;

— коефіцієнт динамічної зміни навантаження на задню вісь.

Розрахункові значення зчіпного фактора для 10…12 значень швидкостей в діапазоні від 0 до, за якими побудовані криві зведемо в таблицю 1.3. Значення швидкості V і відповідні їм значення сили опору повітря Рw беруться з таблиці 1.1.

Таблиця 1.3

Визначення зчіпного фактора

1.5 Аналіз діаграм

Використовуючи діаграму балансу потужності N(V), було проаналізовано затрати потужності двигуна при русі зі швидкістю V=22,2 м/с (80 км/год.) на вищій передачі () та визначено ступінь її використання.

Ступінню використання потужності двигуна називається відношення потужності, необхідної для руху автомобіля до потужності, яку може розвивати двигун і визначається за формулою:

Відрізок а — це втрати потужності для подолання опору в трансмісії Nе — Nк; відрізок в — потужності для подолання сил інерції (запас на розгін); с — втрати потужності для подолання опору повітря Nw, відрізок d — втрати потужності для подолання сумарного опору дороги Nш .

На підставі динамічної характеристики встановлено:

а) максимальну швидкість руху автомобіля (проекція точки перетину кривої динамічного фактора D(V) на розгінній передачі з кривою (V) на вісь абсцис) становить 31 м/с. Таке ж значення швидкості можна отримати і по діаграмі балансу потужності (проекція точки перетину кривої Nш(V)+Nw(V) з кривою NK(V) на розгінній передачі на вісь абсцис);

б) при прийнятому коефіцієнті зчеплення ц1=0,15 проектований автомобіль може рухатися при часткових навантаженнях на 1-й, 2-й та 3-й (від 3-х до 11,747 м/с)передачах, і на повних навантаженнях — на 3-й (від 1,7 до3 м/с), 4-й, 5-й та 6-й передачі.

при прийнятому коефіцієнті зчеплення ц2=0,5 проектований автомобіль може рухатися при повних на вантаження на 1-й, 2-й, 3-й, 4-й, 5-й і 6-й передачах.

в)критична швидкість на першій Vкр1=3,21 м/с (екстремум кривої D1(V) і вищій V'кр=13,42м/с передачах (екстремум кривої Dв (V);

г)максимальний динамічний фактор на першій Dmax1=0,34 і вищій Dmaxв=0,04 передачах. Це говорить нам про те що на першій передачі тягові показники найвищі.

д) найбільші кути підйому, що долаються без використання інерції автомобіля на першій і вищій передачах при f=0,02; визначено з формул:

— для першої передачі:

sin бmax1 = Dmax1 — f = 0,34 — 0,02=0,32 ,

бmax1 = arcsin (Dmax1 — f) = 18,7?;

— для вищої передачі:

sin бmaxв = Dmaxв — f = 0,04 — 0,02=0,02 ,

бmaxв = arcsin (Dmaxв — f) = 1,15?;

Використовуючи діаграму прискорення було визначено:

а)максимальне прискорення на першій (другій) передачі jmax1(2)=1,073(1,07);

б)що розгінною передачею для даного автомобіля буде перша тому, що на ній досягається максимальне прискорення, але так як показники прискорень першої і другої передачі майже рівні, то розгінною можна важати і другу передачу.

За допомогою графіків tp (V) і SP (V) визначено, що час розгону автомобіля до швидкості 80 км/год. (22,2 м/с) становить 43 с і шлях розгону до швидкості 80 км/год. (22,2 м/с) становить 660 м

2. Визначення показників експлуатаційних властивостей — автомобіля

2.1 Гальмівні властивості

Показники гальмівних властивостей визначають із умови забезпечення максимальної інтенсивності гальмування.

Згідно з Правилом № 13 ЄЕК ООН оціночними показниками динамічності автомобіля при гальмуванні є сповільнення jcп, шлях гальмування і час гальмування, які визначають із залежностей:

де — коефіцієнт зчеплення коліс з полотном дороги;

— кут нахилу полотна дороги, град;

— коефіцієнт опору кочення.

Величини (0,15; 0,5; 0,8), а (0°, спуск 15°), = 0,017, = 22,2 м/с (80 км/год) — швидкість автомобіля, з якої проводиться гальмування. Результати розрахунків заносимо в таблицю 2.1.

Таблиця 2.1

Значення сповільнення та гальмівного шляху

За отриманими показниками ми можемо умовно побудувати картину гальмування автомобіля при різних коефіцієнтах щеплення з дорогою, а саме при гальмуванні на льодові, мокрому і сухому асфальті, та при русі при різних нахилах дороги. всі показники відповідають нормативним крім показників сповільнення і гальмівного шляху при русі по льоду на спуску. В свою чергу останні настільки великі, що за нормальних умов автомобіль не те що не може зупинитися, а навпаки набуває прискорення. Щоб автобус зміг зупинитися потрібно застосувати наступні заходи:

— збільшити коефіцієнт зчеплення автомобіля з дорогою (посипати покриття дороги спеціальними матеріалами або використати на автобусі шини із більшим коефіцієнтом зчеплення);

— у крайньому випадку потрібно зменшити нахил дороги до допустимого для автобуса (провести реконструкцію дороги).

2.2 Стійкість автомобіля

В якості оціночних показників поперечної стійкості автомобіля приймають критичну швидкість руху по кривій, виходячи із умови бокового перекидання і бокового ковзання (заносу), які визначаються за формулами:

де — радіус повороту автомобіля, м;

В — колія автомобіля, м;

— висота центра маси автомобіля, м;

— коефіцієнт зчеплення.

Задаючи значення радіуса повороту автобуса від 20 до 100 м з інтервалом 10 м, визначити критичні швидкості руху автобуса. Значення критичних швидкостей руху заносимо в табл. 2.2. За цими значеннями будуємо графіки поперечної стійкості автобуса.

Таблиця 2.2

Критичні швидкості руху автомобіля

Користуючись даними одержаного графіка, визначено, що критичні швидкості руху автомобіля при R=50 м. становлять та Vб.ковз =19,7 м/с при = 0,8 (с. асф.).

Для підвищення безпеки руху автомобіля виконується умова

2.3 Керованість автомобіля

Для досягнення хорошої керованості повинні виконуватись наступні умови:

— керовані колеса при повороті автобуса повинні котитися без бокового ковзання;

— привід керування повинен забезпечувати правильне співвідношення між кутами повороту керованих коліс (рульова трапеція);

— геометричні розміри направляючих елементів підвіски характеристики пружних властивостей підвіски і шин повинні бути підібрані таким чином, щоб кути відведення передньої задньої осей знаходитися в заданих співвідношеннях;

— повинна бути забезпечена необхідна стабілізація керованих коліс і запобігання їх коливання;

— в механізмі керування повинно бути забезпечено зворотній зв’язок, що дозволяє водію оцінювати величину і напрямок сил, діючих на керовані колеса.

Для оцінки відповідності конкретної конструкції автобуса даним вимогам необхідно визначити критичну швидкість по умові керованості Vкер. Це максимальна швидкість руху, з якою автомобіль може повернути без поперечного ковзання керованих коліс.

Величина Vкер визначається із залежності:

де — коефіцієнт зчеплення шин з дорогою (= 0,15; 0,5; 0,8 для льоду, мокрого та сухого асфальту);

= 0,02 — коефіцієнт опору кочення;

— база автобуса, м;

— максимальний середній кут повороту керованих коліс автобуса (= 35°).

При русі по льоді:

При русі по мокрому асфальті:

При русі по сухому асфальті:

Якщо автомобіль рухається зі швидкістю більшою ніж, то керовані колеса будуть проковзувати в поперечному напрямку (юз) і автомобіль може втратити керованість.

При русі автобуса з еластичними колесами величину радіуса повороту можна розраховувати за формулою:

де , — кути відведення коліс, відповідно, передніх і задніх осей, рад:

де , — коефіцієнти опору відведення одного колеса передньої і задньої осей, Н/град;

 — бокові сили, які діють на колеса передньої і задньої осей автобуса при русі по колу;

— число передніх та задніх коліс.

Величини, для коліс сучасних автобусів лежать у межах

= 800… 1500.

Граничні значення бокових сил на колесах передньої і задньої осей, при яких колеса котяться ще без бокового ковзання, визначаються з використанням залежностей:

де , — сили зчеплення передніх і задніх коліс з дорогою, Н:

де — сили ваги, які приходиться на передню і задню осі автобуса, Н;

— коефіцієнт зчеплення в розрахунках прийняти рівним 0,6. Після визначення кутів відведення коліс розраховувати радіус і порівняти його з радіусом повороту автобуса з жорсткими колесами:

Оскільки, то автомобіль А-092 Богдан має недостатню поворотливість.

2.4 Паливна економічність автомобіля

До оціночних показників паливної економічності відноситься шляхова витрата палива. Залежність витрати палива в літрах на 100 км від швидкості руху автомобіля називають паливно-економічною характеристикою автомобіля.

Витрату палива (л/100км) можна визначити за допомогою рівняння:

де ефективна витрата палива при максимальній потужності, г/кВтгод:

для дизельних двигунів = (220…240) г/кВтгод;

— коефіцієнт, який враховує зміну від обертів колінвала;

— коефіцієнт, який враховує зміну в залежності від ступеня використання потужності двигуна;

— ККД трансмісії;

— густина палива, г/см3 (дизельне пальне — 0,86 кГ/л);

— потужність сумарного опору дороги, кВт;

— потужність опору повітря, кВт;

V — швидкість автомобіля (м/с).

Для першого робочого діапазону розгінної передачі

Наступні розрахунки проводимо аналогічно.

Значення Коб можна визначити за емпіричною формулою:

Для першого робочого діапазону розгінної передачі

Наступні розрахунки Коб проводимо аналогічно.

Значення Кв для бензинових та газових двигунів можна визначити за емпіричною формулою:

Для першого робочого діапазону розгінної передачі

Наступні розрахунки проводимо аналогічно.

Значення беремо з табл. 1.1.

За допомогою методики, викладеної в п. 1.5.1, визначаємо ступінь використання потужності .

Результати розрахунків заносимо в табл. 2.3.

Таблиця 2.3

Результати розрахунків параметрів паливної економічності автомобіля

Отже, витрата палива при русі зі швидкістю буде рівною (з графіка) а при русі зі швидкістю витрата палива буде рівна .

Перелік посилань

1. Великанов Д. П. Автомобильные транспортные средства.- М.: Транспорт, 1977. С. 326.

2. Краткий автомобильний справочник. — М.: Транспорт, 1978.-384с.

3. Островцев А. Н. Основи проектирования автомобиля.- М.: Машиностроение, 1971.-С.260.

4. Бортницкий П. И., Задорожний В. И. Тягово-скоростные качества автомобилей.- Киев: Вища школа, 1978.-С.175.

5. Илларионов В. А. Эксплуатационные свойства автомобиля.- М.: Машиностроение, 1971.-С.260.

6. ГОСТ 22 748–77, Автомобильный подвижной состав. Номенклатура основных наружных размеров.

7. Сахно В. П., Безбородова Г. Б. та ін. Автомобілі: Тягово-швидкісні властивості та паливна економічність /Навч. Посібник/.- К: В-во «КВЩ», 2004.-С174.

Додатки

Me

Ne

Зовнішня швидкісна характеристика двигуна

P_ш2

I

II

III

IV

V P_ш2

VI P_ш+P_w

P_w

Діаграма силового балансу

Dц=0,5

ш_max

I

Ш=0,25

II

III

Dц=0,15

IV

V ш=0,03

ш_v

VI

Динамічна характеристика

I II

III

IV

V

VI

Діаграма прискорень

N_e1 N_e2 N_e3 N_e4 N_e5 N_e6

N_k1 N_k2 N_k3 N_k4 N_k5 N_k6

N_ш+N_w

N_w

Діаграма балансу потужності

t

S

Шлях і час розгону

V_перек

V _б.к.(0,8)

V _б.к.(0,5)

V _б.к.(0,15)

Критичні швидкості руху автомобіля на дорозі

Q_s

Паливно-економічна характеристика