Характеристика автомобиля
СОДЕРЖАНИЕ: 1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИСХОДНЫХ ПАРАМЕТРОВ ДЛЯ РАСЧЕТА АВТОМОБИЛЯ Часть параметров принимаем в соответствии с прототипом, а часть определяем в результате расчетов. В первую очередь устанавливаем массу автомобиля, размер шин, мощность и частоту вращения коленчатого вала двигателя. Собственную массу автомобиля определяем по формуле1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИСХОДНЫХ ПАРАМЕТРОВ ДЛЯ РАСЧЕТА АВТОМОБИЛЯ
Часть параметров принимаем в соответствии с прототипом, а часть определяем в результате расчетов. В первую очередь устанавливаем массу автомобиля, размер шин, мощность и частоту вращения коленчатого вала двигателя. Собственную массу автомобиля определяем по формуле
, (1)
где 
- масса порожнего автомобиля, кг;
- грузоподъемность равна 10000 кг;
- коэффициент грузоподъемности, который для большинства грузовых автомобилей составляет = 0,9...1,1. При этом большие значения принимаются для автомобилей большой грузоподъемности. Принимаем равным 1.
Динамическую характеристику необходимо рассчитать для полностью загруженного автомобиля, масса которого
, (2)
где 
- количество мест в кабине равно 2.
Размер шин принимаем в соответствии с прототипом, либо выбираем по расчетной нагрузке на колесо, которую определяем с учетом колесной формулы автомобиля и распределением веса полностью груженого автомобиля по осям. Установив размер шин, можно определить расчетный радиус колеса
, (3)
где 
- расчетный радиус колес, м;
- диаметр обода колеса равен 20 дюймов;
- ширина профиля шины равна 10,2 дюймов;
- коэффициент, учитывающий радиальную деформацию шины, который зависит от типа шины и давления воздуха в ней, 
. Принимаем 0,93.
Мощность двигателя, установленного на автомобиле, должна обеспечить движение полностью загруженного автомобиля с максимальной скоростью в заданных дорожных условиях. Исходя из этого условия, она может быть рассчитана по формуле
, (4)
где 
- мощность двигателя при максимальной скорости движения автомобиля, кВт;
- приведенный коэффициент дорожных сопротивлений при максимальной скорости=0,025;
- масса груженого автомобиля равна 21261,111кг;
- ускорение свободного падения равно 9,81 м/с2
;
- сила сопротивления воздушной среды при максимальной скорости, Н;
- максимальная скорость движения равна 23,6м/с;
- КПД трансмиссии при движении на высшей передаче равно 0,9.
В свою очередь сопротивление воздушной среды
, (5)
где 
- коэффициент сопротивления воздушной среды,=0,55 кг/м3
;
- площадь лобовой поверхности, м2
.
Для грузовых автомобилей можно принять
, (6)
где 
и 
- соответственно колея задних колес равна 1,63 и габаритная высота равна 2,22 м.
КПД механической трансмиссии при движении на высшей передаче = 0,90 (учитывая
потери в главной и карданной передаче и так называемые гидравлические потери). На остальных передачах
, (7)
где 
- КПД коробки передач, который находится в зависимости от числа 
зубчатых пар коробки, находящихся в зацеплении
.
Для автомобилей с карбюраторными, имеющими ограничитель максимальных оборотов найденное по формуле (3) значение будет соответствовать номинальной (максимальной) мощности двигателя, то есть
.
Если в задании не указана максимальная частота вращения коленчатого вала, то ее можно определить по коэффициенту оборотности двигателя 
, (8)
где 
- максимальные обороты, об/мин;
– максимальная скорость автомобиля, км/ч.
Для грузовых автомобилей 
.
2 РАСЧЕТ И ПОСТРОЕНИЕ ВНЕШНЕЙ СКОРОСТНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЯ
Тяговые возможности автомобиля при выбранных параметрах трансмиссии и ходовой части определяем внешней скоростной характеристикой установленного на автомобиле карбюраторного двигателя. В курсовой работе используется расчетная характеристика, для построения которой задаем частоту вращения коленчатого вала и находим соответствующие значения 
и 
по формулам
, (9)
, (10)
где - мощность двигателя при частоте вращения вала 
е
, кВт;
- номинальная мощность двигателя, кВт;
- удельный эффективный расход топлива при соответствующих оборотах, г/кВт ч;
- удельный эффективный расход топлива на номинальном режиме двигателя, г/кВт ч;
- опытные коэффициенты, усредненные значения которых в зависимости от типа двигателя можно принять по таблице 1.
- относительная частота вращения вала двигателя.
Крутящий момент на коленчатом валу 
(Нм) и часовой расход топлива 
(кг/ч) рассчитывают по формулам
, (11)
, (12)
, (13)
где 
- значение динамического фактора при неполной загрузке автомобиля;
- значение динамического фактора для полностью загруженного автомобиля;
- вес полностью загруженного автомобиля;
- вес автомобиля при неполной загрузке.
Таблица 1 - Результаты расчета динамической характеристики автомобиля
| Параметры | Передача | Значения при оборотах | ||||||
| 520 | 1040 | 1300 | 1560 | 1820 | 2080 | 2600 | ||
| Ме, Нм | 1 | 658,2888 | 703,658 | 709,327 | 703,688 | 686,66 | 658,288 | 567,49 |
Vi, км/ч |
1 | 5,0036 | 10,007 | 12,509 | 15,0109 | 17,513 | 20,014 | 25,018 |
| 2 | 7,21 | 14,42 | 18,027 | 21,633 | 25,238 | 28,84 | 36,054 | |
| 3 | 10,39 | 20,78 | 25,98 | 31,17 | 36,37 | 41,567 | 51,959 | |
| 4 | 14,976 | 29,952 | 37,44 | 44,928 | 52,416 | 59,904 | 74,88 | |
Pki, Н |
1 | 22281,23 | 23817,87 | 24009,95 | 23817,87 | 23241,64 | 22281,24 | |
| 2 | 15640,94 | 16527,21 | 16660,5 | 16527,22 | 16127,37 | 15460,95 | ||
| 3 | 10728,35 | 11468,23 | 11560,72 | 11468,23 | 11190,77 | 10728,35 | ||
| 4 | 7751,35 | 8285,93 | 8352,75 | 8285,93 | 8085,92 | 7751,35 | ||
| Pш, | 1 | 3,844 | 15,379 | 24,0,3 | 34,6 | 47,098 | 61,51 | |
| 2 | 7,985 | 31,94 | 49,9 | 71,86 | 97,81 | 127,76 | ||
| 3 | 16,58 | 66,33 | 103,65 | 149,25 | 203,15 | 265,34 | ||
| 4 | 34,44 | 137,76 | 215,26 | 309,97 | 421,91 | 551,07 | ||
| Di | 1 | 0,285 | 0,305 | 0,307 | 0,304 | 0,297 | 0,284 | |
| 2 | 0,198 | 0,211 | 0,212 | 0,210 | 0,205 | 0,196 | ||
| 3 | 0,137 | 0,146 | 0,146 | 0,145 | 0,140 | 0,134 | ||
| 4 | 0,098 | 0,104 | 0,104 | 0,102 | 0,098 | 0,092 | ||
Таблица 2 - Результаты расчета внешней скоростной характеристики двигателя
| x | 0,2 | 0,4 | 0,5 | 0,6 | 0,7 | 0,8 | 1 | y |
| ne, об/мин | 520 | 1040 | 1300 | 1560 | 1820 | 2080 | 2600 | (n) |
Nе, кВт |
35,844 | 76,632 | 96,56 | 114,948 | 130,86 | 143,376 | 154,50 | (Nе) |
Me, Нм |
658,288 | 703,68 | 709,363 | 703,6881 | 6886,66 | 658,288 | 567,4904 | |
| Ge, г/кВтч | 361,2 | 324,8 | 315 | 310,8 | 312,2 | 319,2 | 350 | |
Gm, кг/ч |
12,947 | 24,89 | 30,42 | 35,72 | 40,85 | 45,76 | 54,075 |
Практически построение номограммы сводится к проведению семейства отрезков, соединяющих одинаковые значения динамического фактора на ординатах для соответствующей загрузки автомобиля, которая оценивается коэффициентом использования грузоподъемности
, (15)
где 
- действительная масса груза;
- грузоподъемность.
Выражение (13) позволяет соотношение между масштабами для динамического фактора при полной загрузке автомобиля и для любого 
.
Удобнее всего, проведя ординаты для различных (оси 
), выполнить шкалу значений динамического фактора на оси 
, соответствующую значениям динамического фактора при порожнем автомобиле, а затем соединяем точки с одинаковыми значениями 
на этой оси и на основной оси ординат для 
. Масштаб для по оси, соответствующей значениям для порожнего автомобиля 
связан с ранее выбранным для полностью загруженного автомобиля .
3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЕРЕДАТОЧНЫХ ЧИСЕЛ ТРАНСМИССИИ
Передаточное число главной передачи определяем из условия обеспечения движения автомобиля с максимальной скоростью на высшей передаче при максимальных оборотах двигателя.
В случае, когда максимальная скорость достигается на прямой передаче
, (16)
где 
- частота вращения коленчатого вала двигателя, при максимальной скорости , об/мин;
- расчетный радиус колеса=0,476, м;
- максимальная скорость движения,=22,2 м/с.
При определении передаточного числа коробки передач на первой передаче исходим из того, что на первой передаче автомобиль должен преодолевать максимальное дорожное сопротивление (по условию) при работе двигателя в режиме максимального крутящего момента 
. При этом сопротивлением воздуха пренебрегают.
Значение принимаем по внешней скоростной характеристике двигателя. В том случае, когда расчет скоростной характеристики двигателя и динамической характеристики автомобиля выполняется с использованием ПЭВМ, максимальный крутящий момент может быть найден по формуле
, (17)
где 
- номинальный крутящий момент, Нм;
- номинальная мощность двигателя, 84,60 кВт;
- номинальная частота вращения коленчатого вала двигателя =3200, об/мин;
Передаточное число коробки передач на первой передаче
, (18) (18)
где 
- максимальное приведенное дорожное сопротивление.
Передаточные числа промежуточных передаx выбираем так, чтобы они составляли ряд геометрической прогрессии, знаменатель которой
, (19)
где 
- количество передач равное 4 (принимаем по прототипу);
- передаточное число коробки передач на первой передаче равно 6,347;
- передаточное число коробки на высшей передаче равно 1
Значение передаточного числа на i-ой передаче
(20)
КПД число пар зацепления
| 1 передача | 1 | 10,146 |
| 2 передача | 2 | 5,684 |
| 3 передача | 3 | 3,185 |
| 4 передача | 4 | 1,7847 |
| 5 | 1 |
| 1 передача | 2 | 0,86436 |
| 2 передача | 2 | 0,84707 |
| 3 передача | 2 | 0,864 |
| 4 передача | 1 | 0,882 |
| 0 | 0,9 |
В заключение данного раздела проверим, в каких условиях могут быть реализованы тяговые возможности автомобиля на первой передаче, то есть движение автомобиля с максимальной по двигателю силой тяги без буксования.
Это условие имеет вид
, (21) где 
- максимально возможная по условиям сцепления сила тяги автомобиля;
- максимально возможная по крутящему моменту двигателя касательная сила тяги.
Величина ограничения по сцеплению зависит от коэффициента сцепления 
и сцепного веса 
, (22)
где 
- динамический коэффициент нагрузки ведущих колес, который связан со статическим 
соотношением
.
Значение принимаем в соответствии с прототипом равное 1,2. Для автомобилей со всеми ведущими осями 
Учитывая зависимость касательной силы тяги от момента
, (23)
также то, что найдено из условия преодоления максимального дорожного сопротивления, условие (21) может быть записано так
(24)
Сопоставим полученное значение со справочными данными для разных дорожных условий и отметим в курсовом проекте, в каких дорожных условиях может быть реализована максимальная (по двигателю) касательная сила тяги.
где 
и 
- коэффициенты, учитывающие влияние на удельный расход топлива скоростного и нагрузочного режима работы двигателя;
- удельный расход топлива на номинальном режиме, г/кВт ч.
Значения коэффициента 
находят как функцию отношения оборотов, соответствующих развиваемой скорости движения к номинальным, то есть
(28)
а 
- как функцию отношения развиваемой мощности и мощности двигателя по внешней скоростной характеристике 
при данной частоте вращения коленчатого вала
(29)
Графики этих функций приведены на рисунках 11и 12.
Учитывая значительную погрешность определения коэффициентов и по графикам, рекомендуется рассчитывать их значения по формулам
- для карбюраторных двигателей;
- для дизелей.
В этих формулах 
и 
.
В курсовой работе расчет экономической характеристики выполняем для трех значений коэффициента дорожных сопротивлений.
Расчет выполняем в такой последовательности.
1 По динамической характеристике определяем наивысшую передачу, на которой возможно движение в заданных дорожных условиях и максимальное значение скорости, которая при этом достигается.
2 Задаем несколько значений оборотов от 
и находим соответствующие им скорости движения.
3 Рассчитываем сопротивление воздушной среды 
, а затем - мощность двигателя , необходимую для движения в заданных дорожных условиях с соответствующей скоростью 
.
4 По внешней скоростной характеристике находим соответствующую принятым значениям оборотов мощность двигателя .
5 Находят отношения 
и 
и по графикам (рисунки 3 и 4) определяем коэффициенты и .
6 Рассчитываем удельный расход и расход топлива на 100 км пробега 
.Объем расчетов можно сократить, принимая такие же значения оборотов, как при расчете динамической характеристики.
Результаты расчета рекомендуется оформить в таблицу следующей формы.
По полученным данным строим зависимость от скорости движения для различных 
. Пример экономической характеристики представлен на рисунке 5.
Таблица 4Результаты расчета экономической характеристики
| n, об/ мин | V, км/ч | Pw, Н |
Ne, кВТ | Neвн, кВТ | n/nк | Nе/ Nевн |
Кn | КN | ge, г/кВТ |
Q, л/100км |
|
| Ф1 | 640 | 14,98 | 34,44 | 17,83 | 15,38 | 0,20 | 0,48 | 1,10 | 1,23 | 472,50 | 32,29 |
| 1280 | 29,95 | 137,77 | 39,18 | 32,88 | 0,40 | 0,48 | 1,00 | 1,23 | 430,69 | 31,34 | |
| 1600 | 37,44 | 215,26 | 49,91 | 41,43 | 0,50 | 0,50 | 0,97 | 1,20 | 405,63 | 30,87 | |
| 1920 | 44,93 | 309,98 | 59,99 | 49,32 | 0,60 | 0,53 | 0,95 | 1,14 | 379,71 | 30,43 | |
| 2240 | 52,42 | 421,92 | 68,93 | 56,15 | 0,70 | 0,57 | 0,94 | 1,07 | 353,99 | 30,07 | |
| 2560 | 59,90 | 551,07 | 76,20 | 61,52 | 0,8 | 0,63 | 0,95 | 0,99 | 330,32 | 29,89 | |
| 2600 | 74,88 | 861,05 | 84,60 | 66,29 | 1 | 0,84 | 1,00 | 0,90 | 315,66 | 32,76 | |
| Ф2 | 640 | 7,84 | 9,43 | 3,80 | 15,38 | 0,20 | 0,25 | 1,10 | 1,84 | 708,04 | 47,63 |
| 1280 | 15,68 | 37,74 | 7,73 | 32,88 | 0,40 | 0,24 | 1,00 | 1,88 | 657,24 | 45,01 | |
| 1600 | 19,59 | 58,96 | 9,79 | 41,43 | 0,50 | 0,24 | 0,97 | 1,87 | 635,23 | 44,08 | |
| 1920 | 23,51 | 84,91 | 11,94 | 49,32 | 0,60 | 0,24 | 0,95 | 1,85 | 616,50 | 43,47 | |
| 2240 | 27,43 | 115,57 | 14,19 | 56,15 | 0,70 | 0,25 | 0,94 | 1,82 | 600,81 | 43,15 | |
| 2560 | 31,35 | 150,94 | 16,55 | 61,52 | 0,8 | 0,27 | 0,95 | 1,77 | 587,13 | 43,06 | |
| 2600 | 39,19 | 235,85 | 21,72 | 66,29 | 1 | 0,33 | 1,00 | 1,59 | 556,45 | 42,83 | |
| Ф3 | 640 | 14,98 | 34,44 | 10,97 | 15,38 | 0,20 | 0,71 | 1,10 | 0,93 | 357,76 | 36,41 |
| 1280 | 29,95 | 137,77 | 22,90 | 32,88 | 0,40 | 0,70 | 1,00 | 0,94 | 328,92 | 34,93 | |
| 1600 | 37,44 | 215,26 | 29,52 | 41,43 | 0,50 | 0,71 | 0,97 | 0,93 | 315,12 | 34,51 | |
| 1920 | 44,93 | 309,98 | 36,74 | 49,32 | 0,60 | 0,74 | 0,95 | 0,91 | 303,64 | 34,49 | |
| 2240 | 52,42 | 421,92 | 44,68 | 56,15 | 0,70 | 0,80 | 0,94 | 0,90 | 297,34 | 35,20 | |
| 2560 | 59,90 | 551,07 | 53,45 | 61,52 | 0,8 | 0,87 | 0,95 | 0,91 | 301,87 | 37,41 | |
| 2600 | 74,88 | 861,05 | 73,97 | 66,29 | 1 | 1,12 | 1,00 | 1,16 | 407,68 | 55,94 |
ЛИТЕРАТУРА
1Скотников В.А., Мащерский А.А., Солонский А.С. Основы теории и расчета трактора и автомобиля. - М.: Агропромиздат, 1986. - 383 с.
2 Чудаков Д.А. Основы теории и расчета трактора и автомобиля. - М.: Колос,1972. - 385 с.
3 Кутьков Г.М. Теория трактора и автомобиля. – М.: Колос, 1996. - 302 с.
4 Тракторы и автомобили. Раздел Теория тракторов и автомобилей: Методические указания и задание для курсовой работы / Г.Я. Александров, В.В. Груздев, П.В.Федоров. - М.: ВСХИЗО, 1993. - 47 с.
5 Теория тракторов и автомобилей. Методические указания и задания по курсовой работе для студентов специальности Механизации сельского хозяйства. Изд. 4-е, перер. и доп. Д.А. Чудаков, И.А. Гончаров. - Белорусский ИМСХ, Минск, 1981. - 108 с.
6 Г.А. Затолокин. Методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине Тракторы и автомобили для студентов специальности 31.11 / Московский гидромелиоративный институт. - М., 1992. - 113 с.
7 Агеев Л.Е и др. Теория трактора и автомобиля: Учебное пособие по выполнению курсовой работы. – Брянск: Издательство Брянской ГСХА, 2001. - 155 с.
8 Артамонов М.Д., Иларионов В.А., Морин М.М. Основы теории и конструкции автомобиля. – М.: Машиностроение, 1974. - 288 с.