Министерство образования Республики Беларусь

БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра «Строительные и дорожные машины»

МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ

по выполнению практических работ по дисциплине «Проектирование строительных и дорожных машин»

Практическое занятие №1

ТЯГОВЫЙ РАСЧЕТ АВТОМОБИЛЯ

1. Изучить методику тягового расчета автомобиля;

2. определить в соответствии с заданием (таблица 1):

­ собственный вес автомобиля;

­ мощность двигателя автомобиля;

­ силы сопротивления воздуха;

­ передаточные числа главной передачи и коробки передач;

­ максимальный динамический фактор.

Основные параметры автомобилей

Таблица 1

Параметры	Номер варианта
	1	2	3	4	5	6	7
Автомобиль (прототип)	МАЗ-531605-210	ЗИЛ-43273Н	ЗИЛ-433440	КамАЗ-4326	КамАЗ-43118	Урал-43206-41	Урал-532301
Номинальная грузоподъемность, кг	5000	3000	3750	3275	10000	3600	10000
Колесная формула	4 4	4 4	6 6	4 4	6 6	4 4	8 8
Максимальная скорость на прямой передаче, км/ч	85	89	85	90	90	90	85
Площадь лобовой поверхности, , мм	2520 3050	2475 2810	2500 2975	2320 3100	2320 3150	2550 3065	2550 3190
Коэффициент обтекаемости, , кгс-с 2 /м 4
Двигатель, тип	дизельный	карбюраторный		дизельный
Частота вращения при максимальной скорости, об/мин	2000					2100	2000
Коэффициент приспособляемости двигателя по моменту,
Число передач	9
Радиус колес, , м	0,675

Методика тягового расчета автомобиля

Одной из основных задач тягового расчета автомобиля является выбор мощности двигателя длярассчитываемого автомобиля. Мощность двигателя должна быть достаточной для обеспечения движения с заданной максимальной скоростью при полном использовании грузоподъемности автомобиля. Такую скорость автомобиль должен развивать на хороших дорогах, для которых коэффициент сопротивления качению может быть принят равным 0,02–0,025. Кроме того, считается необходимым, чтобы автомобили, предназначенные для работы в сельском хозяйстве, имели запас динамического фактора 1–1,5% для преодоления дополнительных местных сопротивлений без снижения максимальной скорости. В связи с этим за расчетное значение приведенного коэффициента дорожных сопротивлений, при котором автомобиль должен развивать максимальную скорость, следует брать величину . Обозначим мощность двигателя, необходимую для движения в указанных условиях, через ,л. с. Она может быть определена по формуле:

, л.с. (1)
где – мощность двигателя автомобиля при максимальной скорости ; – приведенный коэффициент сопротивления дороги, примем ; – собственный вес автомобиля (в снаряженном состоянии без нагрузки), кг; – грузоподъемность автомобиля, кг; – сила сопротивления воздуха при максимальной скорости движения; – КПД трансмиссии при полной загрузке двигателя на прямой передаче, примем .

У грузовых автомобилей грузоподъемность складывается из установленного номинального веса полезной нагрузки, веса водителя и пассажиров в кабине.

Для пользования приведенной формулой нужно наметить собственный вес автомобиля, выбрав его в соответствии с заданной грузоподъемностью. Зависимость между ними характеризуется отношением , которое называется коэффициентом грузоподъемности автомобиля. Величина коэффициента грузоподъемности оказывает существенное влияние на динамические и экономические показатели автомобиля: чем она больше, тем эти показатели лучше. Поэтому при проектировании автомобиля нужно стремиться к повышению коэффициента грузоподъемности, насколько это технически возможно и экономически целесообразно. Величина коэффициента грузоподъемности зависит от типа и конструктивных особенностей автомобиля. У современных грузовых автомобилей типа 4 2 общего назначения . У специальных типов автомобилей высокой проходимости коэффициент грузоподъемности ниже, чем у автомобилей общего назначения, .

В формулу (1) входит сопротивление воздуха, определяемое по формуле

, кгс, (2)
где – коэффициент обтекаемости; – площадь лобовой поверхности, , м 2 .

На рисунке 1 изображен в графической форме мощностной баланс автомобиля при установившемся движении на высшей передаче.

На графике нанесены две кривые: кривая мощности ,развиваемой двигателем при полной подаче топлива, представленная в функции от скорости автомобиля на высшей передаче, и кривая мощности , требуемой от двигателя для преодоления сопротивлений движению автомобиля при работе с разными скоростями в принятых для расчета дорожных условиях. Точке пересечения этих кривых соответствует на оси абсцисс максимальная скорость автомобиля .

Рис. 1. Мощностной баланс автомобиля при движении на высшей передаче

Точка может занимать на характеристике двигателя разные положения. На приведенном графике она расположена правее точки максимальной мощности . Такое расположение точки применяется главным образом у автомобилей с невысокой удельной мощностью; оно позволяет иметь наибольшие запасы мощности при движении автомобиля на средних скоростях.

У грузовых автомобилей, двигатели которых снабжены ограничителями максимальной частоты вращения, точка располагается на характеристике двигателя левее точки и должна совпадать с точкой, отсекаемой ограничителем. Максимальная скорость автомобиля соответствует частоте вращения, при которой срабатывает ограничитель, а фактически используемая максимальная мощность двигателя меньше максимальной мощности двигателя на внешней скоростной характеристике.

Помимо необходимой максимальной мощности, от двигателя автомобиля требуется еще достаточная способность к преодолению перегрузок. Чтобы всякие временные возрастания сопротивлений движению не требовали переключений передач, максимальный динамический фактор, развиваемый автомобилем на той или иной передаче, должен быть больше динамического фактора автомобиля при максимальной скорости движения на той же передаче. Наибольшего значения динамический фактор достигает при работе двигателя на максимальном крутящем моменте, когда касательная сила тяги автомобиля имеет наибольшее значение, а сопротивление воздуха является минимальным. Поэтому при выборе двигателя для автомобиля необходимо предусматривать, чтобы он имел достаточный запас приспособляемости по моменту.

При тяговом расчете автомобиля определяется максимальная величина динамического фактора на первой передаче . Она выбирается исходя из сцепных возможностей автомобиля и обеспечивается подводом к ведущим колесам соответствующего по величине крутящего момента. Чтобы полностью использовать сцепные качества автомобиля, максимальный динамический фактор должен быть равен динамическому фактору по сцеплению .

, (3)
где – касательная сила тяги, макисмально возможная по сцеплению колес с дорогой; – полный вес автомобиля, .

Для автомобилей с задними ведущими колесами формула (3) примет вид:

.

Пренебрегая сопротивлением воздуха, которое при движении на малых скоростях незначительно, получаем – для полноприводного автомобиля:

; (4)
для автомобилей с задними ведущими колесами:

Входящие в это уравнение коэффициент сцепления и коэффициент нагрузки задних колес берутся при расчете: , а , где – величина коэффициента нагрузки задних колес при неподвижном положении автомобиля на горизонтальной площадке; множитель (1,1 1,3) учитывает перераспределение нагрузок между передними и задними колесами автомобиля при движении.

У грузовых автомобилей типа 4 2 значения находятся в пределах 0,32–0,5.

Следующей задачей тягового расчета является выбор передач автомобиля. Сначала определяем передаточное число главной передачи. Если максимальную скорость автомобиль должен развивать на прямой передаче, то

, (6)
где – радиус колеса, м; – частота вращения двигателя при максимальной скорости, об/мин.

Входящая в эту формулу частота вращения двигателя ,соответствующая максимальной скорости, берется по характеристике двигателя. Размеры колес и их радиус условно принимают величиной постоянной, равной статическому радиусу колес.

, (7)
где – максимальный крутящий момент двигателя, кгс-м. Отсюда

. (8)

Чтобы определить передаточные числа коробки на остальных ступенях, нужно прежде всего выбрать число ступеней. Для грузовых автомобилей можно считать, что число ступеней коробки передач должно быть не менее пяти.

Структуру ряда передач выбирают, исходя из задачи обеспечить наибольшую интенсивность разгона. Для этой цели передаточные числа трансмиссии должны быть подобраны таким образом, чтобы разгон на каждой передаче начинался при одних и тех же частотах вращения двигателя и заканчивался при одних и тех же частотах . Соблюдение указанного условия дает возможность использовать для разгона на всех передачах одну и ту же среднюю мощность двигателя. С другой стороны, для плавного перехода с одной передачи на другую необходимо, чтобы скорость, с которой начинается разгон на данной передаче, была равна скорости в конце разгона на предыдущей передаче.

Из приведенного равенства следует, что передаточные числа трансмиссии должны удовлетворять условию:

.
где – частота вращения двигателя, с которой начинается разгон на передаче номер ,об/мин; – частота вращения двигателя в конце разгона на предыдущей -й передаче, об/мин.

Учитывая принятую предпосылку, что на всех передачах диапазон частот вращения должен быть одинаковым, переписываем предыдущее соотношение в следующем виде:

,
что предполагает построение ряда передач по принципу геометрической прогрессии. Знаменатель прогрессии определяем по формуле:

,
где – число ступеней в коробке передач; – передаточные числа коробки соответственно на первой и высшей передачах. В частном случае, когда высшая передача является прямой:

Протекание процесса разгона автомобиля при применении геометрического ряда передач иллюстрируется графиком, приведенным на рисунке 2.

Рис. 2. График движения автомобиля при разгоне в случае применения геометрического ряда передач.

График представляет собой скоростную характеристику автомобильного двигателя, на которой, помимо кривой построен ряд лучей, изображающих зависимость скорости автомобиля от частоты вращения двигателя при движении на разных передачах. Номера передач указаны римскими цифрами, поставленными у лучей. Точки пересечения каждой пары смежных лучей с вертикалями, соответствующими для предыдущей передачи частоте вращения двигателя , а для последующей передачи – частоте вращения двигателя , лежат на прямых, параллельных оси абсцисс, так как в точках перехода с одной передачи на другую скорости автомобиля должны быть одинаковыми. Участки лучей, на которых происходит движение автомобиля при разгоне, выделены жирными линиями. Сначала автомобиль движется на первой передаче, в точке а он переходит на вторую передачу, в точке б – на третью и т. д. В действительности, при переключении передач движение какое-то время происходит по инерции, в результате чего скорость автомобиля снижается. Чем выше скорость, тем интенсивнее происходит ее снижение. Поэтому при окончательной корректировке передаточных чисел рекомендуется несколько отступать от закона геометрической прогрессии и уменьшать соотношения между передаточными числами по мере перехода к высшим передачам, чтобы

.

На автомобилях высокой проходимости в большинстве случаев устанавливаются дополнительные понижающие редукторы, так называемые демультипликаторы или ходоуменьшители. Они применяются в тяжелых дорожных условиях для повышения динамического фактора автомобиля или для получения в необходимых случаях особо низких скоростей движения. Передаточное число понижающего редуктора выбирается с таким расчетом, чтобы оно обеспечивало с некоторым запасом возможность полного использования сцепного веса автомобиля при включенном переднем ведущем мосте.

Методические указания

1. Определить собственный вес автомобиля:

2. Определить требуемую мощность двигателя автомобиля по формуле (1);

3. Определить силу сопротивления воздуха по формуле (2);

4. Определить передаточное число главной передачи по формуле (6);

5. Определить максимальный динамический фактор по условиям сцепления ведущих колес с дорогой на первой передаче по формуле (4), (5);

6. Определить максимальный крутящий момент двигателя по формуле:

кгс-м;

7. Определить передаточное число коробки на первой передаче по формуле (8);

8. Предварительно подбираем передаточные числа трансмиссии по принципу геометрической прогрессии. Знаменатель прогрессии определяем по формуле (9);

Окончательная корректировка передаточных чисел должна быть проведена при подборе чисел зубьев шестерен трансмиссии.

Практическое занятие №2

ТЯГОВО-ДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ АВТОМОБИЛЯ

1. Изучить методику построения универсальной динамической характеристики грузового автомобиля;

2. Построить универсальную динамическую характеристику грузового автомобиля в соответствии с заданием (таблица 1);

3. определить в соответствии с заданием (таблица 1):

– на каких передачах сможет автомобиль двигаться в заданных дорожных условиях;

– максимальные скорости движения, развиваемые автомобилем.

Введение

Тяговый расчет автомобиля производится с целью определения его тяговых и динамических качеств. Тяговый расчет подразделяется на:

Тяговый расчет проектируемой машины;

Поверочный тяговый расчет, производимый для существующей машины.

Поверочный тяговый расчет составляют следующие отдельные задачи:

1. Определение максимальной скорости движения в заданных условиях.

2. Определение сопротивления движению и углов подъема, которые может преодолеть автомобиль на данной передаче и скорости.

Для решения задач тягового расчета необходимо построить тяговую характеристику автомобиля.

Тяговой характеристикой автомобиля называется графическая зависимость удельной силы тяги от скорости движения автомобиля на каждой передаче.

Задаваемыми параметрами обычно являются: тип автомобиля; грузоподъемность или максимальное число пассажиров; максимальная скорость движения, по шоссе с заданным коэффициентом дорожного сопротивления, максимальное дорожное сопротивление на низшей передаче трансмиссии. Указывается также тип двигателя (карбюраторный, дизельный).

Параметры, которыми задаются, могут иметь различные значения в некотором интервале. Чтобы правильно принять окончательное значение указанных выше параметров, необходимо понимать, как они влияю на тяговые качества автомобиля.

Построение тяговой характеристики автомобиля включает:

1.Определение полной массы автомобиля, кг.

2.Выбор шин и определение радиуса ведущего колеса, м.

3.Расчет и построение внешней скоростной характеристики двигателя.

4.Определение передаточного числа главной передачи.

5.Определение передаточных чисел коробки передач и дополнительной коробки.

6.Определение скорости движения.

7.Определение удельной силы тяги, построение тяговой характеристики.

ВЫПОЛНЕНИЕ ТЯГОВОГО РАСЧЕТА

1. Определение полной массы машины

Полная масса автомобиля определяется по формуле

4300+75*3+6000=10525, кг (1)

где = 4300, кг - собственная масса машины;

п=3 - число мест в кабине;

6000, кг - максимальная масса перевозимого груза.

Значения G 0 и берутся в соответствии с заданием. Для этого предварительно подбирают тип автомобиля, параметры которого соответствуют заданным.

2. Выбор шин

Для выбора шин надо определить нагрузку, приходящуюся на одно колесо автомобиля. У грузовых автомобилей типа 4x2 на переднюю ось при полном использовании грузоподъемности приходится около 25-30% нагрузки. На задней оси этих автомобилей обычно монтируются четыре шины, каждая из которых испытывает большую весовую нагрузку, чем шина переднего колеса, поэтому выбор производится по весовой нагрузке, приходящейся на одно заднее колесо. Передние и задние колеса каждого автомобиля по конструкции почти всегда одинаковы и взаимозаменяемы. Разница состоит лишь во внутреннем давлении воздуха в шинах.

10525*0,70/4= 1841,88, кг.

По приложению подбирают тип и размеры автомобильных шин, удовлетворяющих нагрузке, приходящейся на колесо 508*260.

Определяют статический радиус колеса, который в дальнейшем условно считают равным радиусу качения 0,488 м.

3. Расчет и построение внешней характеристики двигателя

Для расчета внешней характеристики двигателя вначале определяют мощность необходимую для обеспечения заданной максимальной скорости по дороге с минимальным коэффициентом сопротивления качению.

=(0,7*4,5*25*25*25+10525*9,81*0,03*25)=140,73, кВт (2)

где - коэффициент обтекаемости;

Коэффициент сопротивления качению;

Лобовая площадь автомобиля, равная для грузовых автомобилей 3,0-6,5 м 2 ,

для легковых автомобилей малого литража -1,5+2,0 м 2 ,

F B = КН (К- колея автомобиля, Н - наибольшая его высота);

Масса автомобиля, кг;

g - 9,81 м/с 2 - ускорение свободного падения.

1. Внешняя скоростная характеристика двигателя

В общем случае частота вращения коленчатого вала при максимальной скорости движения автомобиля не равна частоте вращения, соответствующей максимальной мощности двигателя, и, следовательно, мощность двигателя при максимальной скорости не равна максимальной мощности.

Максимальную мощность двигателя находим, пользуясь эмпирической формулой где а, b и с - эмпирические коэффициенты; для карбюраторных двигателей а = b = с = 1,0.

Для современных автомобилей отношение =1,15-1,25.

Большее значение относится к легковым автомобилям, мень­шее - к грузовым. Следовательно, скорость, соответствующая максимальной мощности, будет равна:

25*1.2=20,83, м/c=75 км/ч. (4)

Координаты (n max , N eV) и (n N , N max) дают две первые точки графика внешней скоростной характеристики. Для получения других точек используем формулу, представленную в следующем виде:

где N е и n e - текущие значения соответственно мощности двигате и частоты вращения коленчатого вала.

Задаваясь такими значениями п е, которые соответствуют зна­чениям отношения n е Jn N =0,2; 0,4; 0,6; 0,8, подсчитываем величины соответствующих мощностей N е, и заносим в таблицу. Затем определяем текущие значения крутящих моментов и заносим в таблицу.

, Н.м (6)

	Показатели		Отношение
	1 передача
	2 передача
	3 передача
	4 передача
	5 передача

По результатам расчетов (таблица, пункты 1, 2 и 3) строим внешнюю скоростную характеристику двигателя.

В дальнейшем те же значения N, и М е используем для определения скорости движения и удельной силы тяги на всех передачах и всех выбран­ных частотах вращения коленчатого вала.

Для построения внешней характеристики используем масштабы шкал в следующих пределах:

Частота вращения коленчатого вала6. 1 мм - (2,5…5,0) рад/с;

Мощность: 1 мм - (0,5…1,5) кВт;

Крутящий момент:. 1 мм = 2…8 Н.м.

Крайняя левая точка характеристики ограничивается частотой устойчивого вращения холостого хода (10…70 рад/с).

Максимальная мощность карбюраторного двигателя определяется точкой перегиба кривой (началом падения мощности).

4. Определение передаточного числа главной передачи

Передаточное число главной передачи определяем из условия обеспечения максимальной скорости движения на прямой передаче в коробке передач

Предварительно выбирают передаточное число коробки передач на высшей передаче, В большинстве случаев высшей является прямая передача i кв = 1. В автомобилях с одной ведущей осью дополнительная коробка не ставится, тогда i Д = 1.

Полученное по формуле (7) передаточное число главной передачи необходимо сопоставить с передаточным числом главной передачи аналога проектируемого автомобиля.

Для получения достаточного дорожного просвета и упрощения конструкции передаточное число главной передачи рекомендуется брать меньше 7 у грузовых автомобилей грузоподъемностью до 4-5 т и не более 10 у тяжелых грузовых автомобилей. В последнем случае передача выполняется из двух ступеней и называется двойной главной передачей.

=7,85

5. Определение передаточных чисел коробки передач и дополнительной коробки

От количества передач и их передаточных чисел зависит способность автомобиля к преодолению подъемов, быстрому разгону и движению с высокой скоростью в заданных дорожных условиях.

В грузовых автомобилях применяют четырех- и пятиступенчатые коробки передач, причем во втором случае последняя передача обычно имеет передаточное число меньше 1, т.е. является ускоряющей.

Определение передаточных чисел коробки передач начинают с расчета передаточного числа первой передачи.

Для этого используют уравнение силового баланса установившегося движения автомобиля:

где Р f - сила сопротивления дороги, Н;

Р В - сила сопротивления воздуха, Н;

G а - масса автомобиля, кг;

V - скорость, м/с.

Поскольку на первой передаче скорость движения автомобиля невелика, силой сопротивления воздуха можно пренебречь. Тогда уравнение (8) примет вид: . Сопротивление дороги, оцениваемое коэффициентом , может быть преодолено, если отношение максимальной тяговой силы к массе автомобиля будет равно или больше этого коэффициента, т.е.

Подставив значения тяговой силы, получим:

, (10)

=(0,38*0,488*9,81*10525)/(544,29*7,85*0,9)=5,187 (11)

где М max - максимальный момент, Нм.

Увеличение передаточного числа первой передачи допустимо только до величины, при которой развиваемая тяговая сила еще не достигнет силы сцепления колес с дорогой, т.е.

, Н (12)

где G сц - сцепная масса, приходящаяся на ведущие колеса автомобиля;

Коэффициент сцепления (проверка по сцеплению ведется для хорошего сухого шоссе при = (0,6...0,8).

Из равенств (11) и (12) получаем:

(13)

В расчетах принимают следующие значения G сц:

1,3*0,7*10525 =9577,75, кг

Для двухосного автомобиля с одной задней ведущей осью ,

где G 2 - масса автомобиля, приходящаяся на заднюю ось;

Коэффициент перераспределения нагрузки, равный при разгоне 1,24-1,35.

=(0,7*0,488*9,81*9577,75)/(544,29*7,85*0,9)=8,03

Если передаточное число i к1 найденное по формуле (13), было бы меньше, чем определенное по формуле (11), то следовало бы проверить возможность увеличения массы, приходящейся на ведущие колеса, что может потребовать изменения радиуса шин.

Увеличение числа ступеней коробки передач улучшает тяговые качества автомобиля и особенно его способность к разгону.

При большом числе передач улучшается использование мощности двигателя, так как облегчается выбор передаточного числа, при котором в данных дорожных условиях будет полнее использоваться мощность, что приводит к повышению средней скорости движения автомобиля. При малом числе ступеней коробки передач тяговые качества автомобиля могут быть улучшены благодаря увеличению передаточного числа главной передачи.

От выбора промежуточных передаточных чисел коробки передач зависят как тяговые, так и экономические свойства автомобиля. Одним из простейших методов выбора передаточных чисел промежуточных передач является метод, в основу которого положено наиболее полное использование мощности двигателя при разгоне автомобиля, начиная с первой и кончая высшей передачей. При наличии бесступенчатой коробки передач разгон можно производить, не меняя частоты вращения коленчатого вала двигателя. В этом случае можно работать на частоте вращения п N используя в процессе разгона максимальную мощность двигателя и получая в результате этого максимально возможные дтя данного автомобиля ускорения. При ступенчатой коробке передач для наилучшего использования мощности двигатель на всех передачах должен работать в некотором диапазоне частоты вращения коленчатого вала от п 1 до п 2

Если пренебречь падением скорости в процессе переключения передач, то каждый раз при переключении передач скорость движения автомобиля, достигнутая перед моментом переключения, например, в конце разгона на первой передаче V max 1 равна скорости, с которой начинается разгон на второй передаче, т,е, V max 2

следовательно,

(15)

Из равенства (15) следует, что для наилучшего использования мощности двигателя передаточные числа подчиняются закону геометрической прогрессии со знаменателем q.

Из предварительного расчета известны передаточные числа первой и высшей передач. Пользуясь равенством (15), можно найти передаточные числа промежуточных передач для коробок передач с любым числом ступеней.

Для коробки передач с п ступенями передач передаточное число любой передачи можно определить по формуле

где к – номер передачи;

n – число ступеней, исключая зднюю и ускоряющую передачи.

1 передача
2 передача
3 передача
4 передача
5 передача
задняя передача

Обычно передаточное число заднего хода i к3 = (1,2…1,3)iк1. Передаточное число ускоряющей передачи выбирается из условий обеспечения топливной экономичности нагруженного автомобиля при движении по хорошим дорогам с малыми подъемами в пределах 0,7…0,85.

Передаточное число дополнительной коробки принимается равным i д автомобиля, выбранного в качестве аналога проектируемого автомобиля.

6. Определение скорости движения

Скорости движения автомобиля на каждой передаче на всех выбранных частотах вращения коленчатого вала определяем по формуле (17), а результаты расчетов заносим в таблицу

где n i - частота вращения коленчатого вала двигателя, рад/с;

r к - радиус ведущего колеса, м;

i гл - передаточное число главной передачи;

i к i - передаточное число коробки передач на i-й передаче.

7. Определение удельной силы тяги

Удельные силы тяги на каждой передаче, на всех выбранных частотах вращения коленчатого вала (скоростях движения) определяем по формуле (18), а результаты расчетов заносим в таблицу.

(18)

По результатам расчетов строим тяговую характеристику, Маштаб рекомендуется выбирать для скорости движения: 1 мм – (0,1,0,2) м/с, удельной силы тяги: 1 мм – 0,01.

ЛИТЕРАТУРА

1. Сергеев В. П. Автотракторный транспорт: Учеб. для вузов. - М.: Высшая школа, 1984. - 304 с.

2. Тракторы. Проектирование, конструирование и расчет: Учебник/ Под общ. ред. И.П. Кнесевича. - М: Машиностроение, 1991.-544 с.

3. Краткий автомобильный справочник НИИАТ. Изд. 9-е, перераб. и доп. - М: Транспорт, 1982. - 463 с.

4. Краткий автомобильный справочник НИИАТ. - М.: Транспорт, 1998. - 460 с.

5. Автотракторный транспорт: Задание на контрольную работу с методическими указаниями / Сос. В.П. Ананьев В.П., В.П. Еремин. – М.: РГОТУПС, 2005. – 20 с.

Приднестровский государственный университет им. Т.Г. Шевченко

Кафедра: « Технических систем и электрооборудования в АПК »

Курсовой проект

На тему: «Тяговый и динамический расчёт автомобилей»

Выполнил студент 402 группы Толоченко А.П.

«Механизация с/х»

Принял доцент Чернобрисов С.Ф.

Тирасполь 2015 г.

Исходные данные: Зил 157-КД (6х6)

Собственная масса 5540 кг (5800 кг)

В т.ч. на переднюю ось 2400 кг заднюю 3140 кг

Полная масса 8690 кг (9000кг)

На переднюю ось 2680 кг, заднюю 6010 кг

Максимальная скорость 60 км/ч

Максимальный приведенный коэффициент сопротивления дороги Ψ=0,04

Приведенный коэффициент дороги при максимальной скорости 0,025

Продольная база 3975 мм

Высота кабины 2480 мм

Число колес 6+1

Шины 12,00-18

Давление воздуха в шинах; передние 3,5 кгс/см- задние 3,5 кгс/см-Коэффициент обтекаемости К=0,06

Двигатель Зил-157 КД карбюраторный; 4-тактный; 6-цилиндровый; нижнеклапанный

Диаметр цилиндра и ход поршня 100*114,3 Рабочий объем 5,38л Степень сжатия 6,5

Порядок работы цилиндров 1-5-3-6-2-4

Максимальная мощность при 2800 об/мин л.с.-110 (кВт-80,9) Максимальный крутящий момент при 1800-2000 об/мин кГс-41 м-402 Передаточные числа коробки передач 7,44;4,10;2,29; 1,47; 1,00

Главная передача 6,67

2.1 Определение массы автомобиля.

Полная масса автомобиля состоит из собственной массы и массы номинальной подлинной нагрузки.

т = т с +т н

Где:

т с - собственная масса слагается из конструктивной массы, смазки, топлива, охлаждающей жидкости, запасного колеса и дополнительного оборудования.

Грузоподъемность складывается из номинальной полезной нагрузки массы, водителя и пассажиров в кабине.

При расчетах собственная масса автомобиля находиться в зависимости от полезной нагрузки.

т с =

Где:

- коэффициент грузоподъемности. 6x6 – 0.8

5000

Для дальнейших расчётов принимаем m =9540

r 0 = + 304.8 = 533.4

Определяем динамический радиус колеса.

Под действием, приходящимся на колеса нагрузки шина подвергается деформации, поэтому динамический радиус будет отличаться от номинального.

r k = * 1СГ 3 мм

r k = 0.254 дюймы

Где:

k - коэффициент радиальной деформации шины 0,1... 0,16 (0,12)

r k = * 10~ 3 = 0.497м = 497 мм

2.2 Определение мощности двигателя и построения скоростной характеристики.

Мощность двигателя соответствует максимальной скорости автомобиля на прямой передачи и определяется из выражения:

G = m * g =9540*9.8=93587,4 Н

Ψ - привлеченный коэффициент сопротивления дороги при максимальной скорости автомобиля- коэффициент сопротивления качению.

Шоссе-0,02... 0,025

Сельская местность -0,03 5... 0,045 (0,04)

P w max —сила сопротивления воздуха при максимальной скорости

= * = 0,98 3 * 0,97 = 0,912

Определение центра тяжести

а * G = L * У п

Ширина задних колес (В) -1820, а высота (Н) -2480.

F = B * H = 1755 * 2915 = 5,1 м

v =60 км/ч =16,6 м/с

0.06 * 5.1 * 16.6 2 = 84. 32 Н

2.3 Определяем частоту вращения двигателя.

Где:

𝜼 -коэффициент оборотности двигателя 125... 160 (160)

2.4 Определение максимальной мощности двигателя.

Где:

α - отношение частоты вращения при максимальной скорости к частоте вращения соответствующей максимальной мощности.

2.5 Определяем частоту вращения вала двигателя соответствующей максимальной скорости.

2.6 Определение точки кривой мощности.

n x - 500; 1000; 1500...

2.7 Определяем кривую крутящего момента.

2.8 Определение передаточного числа главной передачи.

У автомобилей высокой проходимости и предлагаемых для работы в с/х для улучшения динамических качеств передаточное число назначают на 10-20 % больше чем у базовых моделей

2.9 Определяем передаточное число 1 передачи КПП

Чтобы буксование не происходило, необходимо, чтобы максимальная касательная сила, подводимая к ведущим колесам, была бы равна или меньше максимальной касательной силы тяжести по сцеплению.

Где:

Коэффициент сцепления (сухой грунт) шин с дорогой 0,4.. .0,6 (0,5) -коэффициент нагрузки ведущих колес автомобиля. Это та часть массы авто, которая приходится на ведущие колеса ()

Определение числа передач и передаточных чисел.

Для определения передаточного числа КПП находим знаменатель

геометрической прогрессии.

3. Построение динамической характеристики автомобиля. 3.1 Определение динамического фактора.

Касательная сила тяги Р к на ведущих колесах при движении автомобиля расходует на преодоление внешних сил сопротивления.

P k = Pf ± Pa ± Pj + P < o

Где:

Сила сопротивления качения;

Р а -сила сопротивления движения на подъем « + », а на спуск « - »;

Сила соответствует ускорению движения или замедлению;

Сила сопротивления воздуха.

В теории автомобиля принято - сумма сил сопротивления качению и сопротивления подъему заменить одной общей силой - суммарным сопротивлением дороги.

Запишем формулу в развернутом виде:

Где:

Коэффициент учета вращения масс;

j - ускорение автомобиля, м/с 2 ;

К- коэффициент обтекаемости; F -площадь лобового сопротивления, м 2 ;

V 2 - максимальная скорость, м/с.

Перенесем силу сопротивления воздуха из левой части в правую.

Разница представляет собой избыточную тяговую силу, которая может быть использована

для преодоления сопротивления дороги и увеличения скорости движения.

Для оценки тяговых качеств автомобиля предложен динамический фактор (Чудаковым).

Динамический фактор выражается избыточной тяги силы и полному весу автомобиля. Будучи безразмерным параметром, динамический фактор позволяет производителю сравнивать оценку динамических качеств по проходимости в различных дорожных условиях, с различными мысовыми и конструкционными показателями. Максимальный динамический фактор на первой передачи для современных автомобилей лежит в пределах 0,25...0,35.

Передачи	Расчётная формула	Частота вращения, об/мин
			1000	1500	2000	2500	2800
		Крутящий момент двигателя, Н/м
		0.43	0.87		1.73	2.17	2.43
		34230.17	36696.03	37269.24	35934.14	32696.9	29844.24
		0.0566	0.2316	0.5171	0.9158	1.4409	1.8069
		0.3658	0.3921	0.3982	0.384	0.3494	0.3189
		0.71	1.42	2.13	2.84	3.55	3.98
		20876.98	22382.61	22732.28	21917.89	19943.35	18203.38
		0.1542	0.617	1.388	2.4681	3.8564	4.8472
		0.223	0.239	0.242	0.234	0.213	0.194
		1.16	2.33		4.66	5.83	6.53
		12863.27	13790.96	14006.38	13504.63	12288.02	11215.94
		0.4118	1.6612	3.7485	6.645	10.4006	13.0481
		0.137	0.147	0.149	0.144	0.131	0.119
		1.91	3.82	5.73	7.65	9.56	10.71
		7766.21	8326.3	8456.36	8153.43	7418.9	6771.63
		1.1163	4.4653	10.0469	17.9079	27.9664	35.0995
		0.083	0.089	0.09	0.087	0.079	0.072
		3.13	6.27		12.54	15.68	17.56
		4736.79	5078.4	5157.734	4972.96	4524.96	4130.17
		2.998	12.03	27.038	48.119	75.2339	94.3562
		0.05	0.054	0.055	0.053	0.047	0.043

Передачи	Скорость			J , м/с	1/ j , м/
		0.326 0.3521 0.3582 0.344 0.31 0.2789	3.592	0,89 0,96 0,977 0,938 0,845 0,76	1,123 1,04 1,02 1,06 1,18 1,31
		0.183 0.199 0.202 0.194 0.173 0.154	1.9645	0,913 0,992 1,007 0,967 0,863 0,768	1,095 1,008 0,993 1,034 1,158 1,302
		0.097 0.107 0.109 0.104 0.091 0.079	1.3589	0,699 0,771 0,786 0,75 0,656 0,569	1,43 1,29 1,272 1,52 1,75
		0.043 0.049 0.05 0.047 0.039 0.032	1.1335	0,371 0,423 0,432 0,406 0,337 0,276	2,69 2,36 2,31 2,46 2,96 3,62
		0.01 0.014 0.015 0.013 0.007 0.003	1.0497	0,093 0,1307 0,14 0,12 0,065 0,028	10,75 7,65 7,14 15,38 35,71

Построение графика ускорения. Разгон автомобиля.

Ускорение которое может развивать автомобиль в значительной мере характеризует динамические качества автомобиля.

Чем больше ускорение автомобиля, тем выше его разгонные качества. Его средняя скорость, а следовательно его производительность.

Ускорение автомобиля при разгоне зависит от разности , а так же от величины коэффициента учета вращающихся масс.

Для нахождения значения (Д - Ψ) на динамической характеристики по оси

ординат в масштабе динамического фактора отложить значения приведенные

коэффициентом сопротивления дороги.

И через эту точку провести прямую параллельную абсцисс.

Для выбранных скоростей для каждой передачи найти разность

3.2 Определение времени разгона.

Время разгона автомобиля определяется по графику ускорения. Ускорение есть 1ая производная по времени.

График кривых обратных ускорений необходимо разбить на ряд отдельных участков, в которых происходит разгон автомобиля с постоянным средним ускорением.

Площадь ∆ ограничена кривой 1/ j осью абсцисс и 2мя ординатами определяет в известном масштабе время, затраченное на разгон.

Масштаб:

Скорость авто	№ площадки	Величина площадок	Масштаб времени	Время разгона, с
			0,026	1,95
				6,63
				10,322
				15,392
				29,822
				47,372
		1050		74,672
		1500		113,672

3.3 Определение пути разгона.

График пути разгона, так же как и график времени разгона служит для характеристики приемистости автомобиля. Если известно время разгона автомобиля, то по этому графику можно найти путь разгона. График пути разгона строится из графика времени согласно следующему:

Этот интеграл не может быть решен аналитически ввиду отсутствия зависимости между скоростью и временем.

Его можно решить графически с учетом, что площадь соответственно от t , до t n разбить на ряд отдельных участков ограниченную кривой и 2мя ординатами, дает путь разгона за бесконечно малое приращение времени.

№ площадки	Величина площадки, мм	Масштаб пути	Путь разгона, м
		0,065	45,5
	1400		136,5
	1700
	1900		370,5
	2100
	2200
	2300		799,5
	2400		955,5
	2500		1118
	2600		1287
	2700		1462,5
	1350		1550,25

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КР. 201 5 . 402.268.ПЗ

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КР. 201 5 . 402.268.ПЗ

Толоченко А.П.

Проведем тягово-динамический расчет автомобиля по программе Тягово-динамический расчет автомобиля, с использованием данных технической характеристики. По результатам расчета оценим адекватность математической модели.

Данные для анализа взяты из технических характеристик (Таблица 1) и официального сайта завода КАМАЗ.

Рисунок 8. Исходные данные для ТДР автомобиля с двигателем CUMMINS 6 ISBe 210 (Euro-3)

Рисунок 9. Внешняя скоростная характеристика автомобиля с двигателем CUMMINS 6 ISBe 210 (Euro-3)

Рисунок 10. Тяговая характеристика автомобиля с двигателем CUMMINS 6 ISBe 210 (Euro-3)

Рисунок 11. Динамическая характеристика автомобиля с двигателем CUMMINS 6 ISBe 210 (Euro-3)

Рисунок 12. График мощностного баланса автомобиля с двигателем CUMMINS 6 ISBe 210 (Euro-3)

Рисунок 13. График ускорений автомобиля с двигателем CUMMINS 6 ISBe 210 (Euro-3)

Рисунок 14. Топливная характеристика автомобиля с двигателем CUMMINS 6 ISBe 210 (Euro-3)

Рисунок 15. Разгонная характеристика по времени автомобиля с двигателем CUMMINS 6 ISBe 210 (Euro-3)

Рисунок 16. Разгонная характеристика по пути автомобиля с двигателем CUMMINS 6 ISBe 210 (Euro-3)

Оценка адекватности математической модели.

Оценку адекватности модели проведем на основании таблицы 3 по трем критериям. Сравним заводские показатели и показатели, полученные с помощью программы ТДР. Найдем разницу между этими показателями и по ней оценим адекватность математической модели в рамках эксперимента.

Таблица 3. Сравнительная таблица.

Вывод: разница между расчетными данными и данными завода изготовителя составляет от 7,7 до 21.4%. Это позволяет утверждать, что математическая модель адекватна.

Анализ тягово-динамического расчета.

Анализ ТДР произведем по расчету некоторых параметров:

1. Время разгона на 400м = 35с

2. Время разгона на 1000м = 60с

3. Время разгона на 1600м = 78с

4. Время разгона на 2000м = 100с

5. Условная максимальная скорость: Vусл.мах.= = = =18.2м/с

Vусл.мах.=18.2*3.6=65.5км/ч

Условная максимальная скорость оказалась меньше обычной максимальной скорости, что говорит о правильности решения.

Список используемой литературы.

1. Официальный интернет-ресурс завода КАМАЗ- http://www.kamaz.ru/

2. Методические указания к практическим занятиям по дисциплине "Теория эксплуатационных свойств АТС", МАДИ 2007г.

3. Краткий автомобильный справочник НИИАТ.

4. " Компоновка грузовых автомобилей" учебное пособие по курсу " Конструирование и расчет автомобиля".

5. Программа " Тягово-динамический расчет автомобиля".

Министерство общего и профессионального образования РФ

Тверской государственный технический университет

Кафедра «Строительные и дорожные машины и оборудование»

Тягово-динамический расчет автотранспорта

Методические указания к курсовой работе по дисциплине «Двигатели, автомобили, тракторы» для студентов специальности 190205 Подъемно-транспортные строительные и дорожные машины и оборудование

В методических указаниях приводятся методика выполнения курсовой работы по дисциплине «Двигатели, автомобили, тракторы», некоторые справочные данные и вопросы для закрепления теоретического материала.

Составитель Масленников Д.Г.

Целью выполнения курсовой работы является закрепление знаний по основному разделу дисциплины «Двигатели, автомобили, тракторы» - тяговые и динамические качества автомобиля и пневмоколесного тягача.

В процессе выполнения работы студент знакомится с реальными параметрами современных грузовых автомобилей и пневмоколесных тягачей, их конструкциями и измерителями эксплуатационных качеств, анализирует характер изменения этих качеств в зависимости от условий движения. Методические указания могут быть использованы также при курсовом и дипломном проектировании.

Для выполнения работы студент получает индивидуальное задание, содержащее необходимые сведения по исследуемой машине. Недостающую информацию он собирает самостоятельно в справочной /4/, учебной/1,2,3/, технической литературе.

Работа выполняется путем проведения расчетов и построения графиков. По результатам расчетов составляется расчетно - пояснительная записка в соответствии с требованиями ЕСКД. На листе формата А1 вычерчивается:

Кинематическая схема машины в соответствии с ГОСТ 2.77-68;

Внешняя скоростная характеристика двигателя;

Тяговая диаграмма;

Динамическая характеристика машины;

График баланса мощности;

Таблица с техническими данными машины.

Масштабы выбираются так, чтобы наиболее полно использовать поле чертежа и формат листа.

1. Внешняя скоростная характеристика

двигателя внутреннего сгорания .

Внешняя скоростная характеристика двигателя (рис.1) представляет собой зависимость его эффективных показателей - мощности N е , крутящего момента М д и удельного расхода топлива g e от частоты вращения n коленчатого вала при полном открытии дросселя карбюраторного двигателя или при полной подаче топлива для дизеля. Эта характеристика должна быть построена по материалам исходных данных двигателя машины. При отсутствии экспериментальных данных используют эмпирическую зависимость:

(кВт) и (об/мин) - текущие значения эффективной мощности и частоты вращения коленчатого вала двигателя;

(кВт) и
(об/мин) - максимальная эффективная мощность двигателя и соответствующее ей значение частоты вращения коленчатого вала;

a , b , c - экспериментальные коэффициенты.

для карбюраторных двигателей a = b = c =1 ;

для двухтактного дизеля a =0,87, b =1,13, c =1 ;

для четырехтактного дизеля a =0,53, b =1,56, c =1,09 ;

От двигателя к ведущему валу трансмиссии подводится свободная мощность N д , величина которой меньше эффективной мощности:

(1)

где
- текущие значения свободной мощности;

- текущие затраты мощности, связанные с работой обслуживающих двигатель агрегатов моторной установки.

Общие затраты мощности в моторной установке в режиме максимальной мощности составляют:

Большие значения
берутся для тяжелых и большегрузных машин.

С изменением частоты вращения коленчатого вала двигателя затраты мощности в моторной установке подсчитываются:

(3)

Крутящий момент на валу двигателя:

(4)

Удельный расход топлива:

(г/кВт) (5)

где
- часовой расход топлива, (кг/ч).

Если часовой расход топлива
(кг/ч) в справочной литературе найти не удалось, его можно рассчитать, зная контрольный расход топлива Q к (л/100км). Контрольный расход топлива Q к всегда даётся для определённой скорости к . Поэтому, зная к (км/ч), можно найти расстояние, которое проходит машина за 1 час и путем интерполяции определить объемный расход топлива при данной скорости за час (л/ч). Далее остается объемные единицы расхода перевести в массовые, т.е.: G Т =
, (кг/ч), где ≈ 0,7 (кг/л) – объемный вес нефтяных топлив.

Результаты расчетов сводят в таблицу (табл. 1) и строят графики (рис.1) зависимостей внешней скоростной характеристики двигателя:

Таблица 1

Внешняя скоростная характеристика двигателя.

n i об/мин параметры

На внешней характеристике двигателя должны быть отмечены величины максимальной мощности
,максимального крутящего момента
,минимального расхода топлива
и соответствующие этим величинам значения скорости вращения коленчатого вала двигателя.

← Вернуться