Тяговый расчет трактора и динамический расчет автомобиля

 

 

 

II часть. А В Т О М О Б И Л И

В тягово-динамическом расчете автомобиля определим основные параметры его работы:

1 Мощность двигателя и характер  изменения на внешней скоростной  характеристике – Ne.

2 Передаточное число главной  передачи - io.

3 Передаточные числа в коробке передач - ik.

4 Время t  и путьS разгона автомобиля.

5 Часовой GT, удельный ge и на 100 км Qл – расходы топлива.

 

1. Расчет требуемой мощности  двигателя

Мощность двигателя должна быть достаточной для обеспечения движения с заданной максимальной скоростью Vmax при полном использовании грузоподъемности автомобиля в заданных дорожных условиях:

                            ,  кВт                         (34)

где G0 – вес автомобиля, Н;  Gr – грузоподъемность автомобиля, Н;

      G0 = 6800·9,81 = 66708 H;

      Gr = (8230/0,89)·9,81 = 9247,2 H;

       ψ – приведенный коэффициент дорожного сопротивления;

       k – коэффициент аэродинамического сопротивления, для грузовых автомобилей 0,60…0,75 кг/м3;

 F – площадь лобовой поверхности автомобиля.

                                ,  м2                                                                           (35)

где В – колея передних колес автомобиля, м;

      Н – наибольшая  высота автомобиля, м;

                  F=5,08 м2.

      ηтр – к.п.д. трансмиссии, для режима максимальной скорости по прямой передаче принимают 0,85…0,90.

               Ne = 82/(3600·0,87)·[157422,94·0,018+(0,65·5,08·822)/13] = 118,902 кВт.

Для обеспечения необходимого динамического фактора максимальную мощность двигателя принимают:

                                      Ne max = (1,05…1,10)Ne , кВт                                              (36)

                                      Ne max = 1,1·118,902 = 130,79 кВт.

Частота вращения коленчатого вала двигателя, соответствующая максимальной мощности определяется:

                               , мин-1                                                                      (37)

где ηоб – коэффициент оборотности двигателя, для грузовых автомобилей принимают 25…40, в соответствии с прототипом и расчетной максимальной мощностью двигателя.

                               nN = 35·82 = 2870 мин-1.

 

2. Расчет и построение внешней  скоростной характеристики двигателя

Для дизельных автомобильных четырехтактных ДВС с ограничителем эффективную мощность в зависимости от частоты вращения коленчатого вала двигателя определяют по таблице 3.

Таблица 3

n, %	20	40	60	80	100	110
n, мин-1	574	1148	1722	2296	2870	3157
Nе, %	17	41	67	87	100	0
Nе, кВт	20,21	48,74	79,66	103,4	118,902	0

 

Значение крутящего момента двигателя в зависимости от частоты вращения коленчатого вала определяем:

                                 ,  Нм                                                                     (38)

где , с-1 – угловая частота вращения.

                       ω20 = 3,14·574/30 = 60,07 с-1;       ω40 = 3,14·1148/30 = 120,15с-1;

ω60 = 3,14·1722/30 = 180,23 с-1;   ω80 = 3,14·2296/30 = 240,31с-1;

ω100 = 3,14·2870/30 = 300,39 с-1;  ω20 = 3,14·3157/30 = 330,43с-1.

Mк1 = 103·20,21/60,07 =  336,44 Нм ;    Mк2 = 103·48,74/120,15 = 405,65 Нм ;

Mк3 = 103·79,66/180,23 =  441,99 Нм ;  Mк4 = 103·103,4/240,31 =  430,27 Нм;

Mк5 = 103·118,902/300,39 =  395,83 Нм;  Mк6 = 103·0/330,43 =  0 Нм.

Удельный расход топлива определяется по следующим зависимостям:

Таблица 4

n, %	20	40	60	80	100	110
n, мин-1	574	1148	1722	2296	2870	3157
gе, %	110	100	95	95	100	115
gе, г/(кВт.ч)	275	250	237,5	237,5	250	287,5

 

За 100% удельного расхода топлива при 100% nN для дизельных ДВС с непосредственным впрыском, принимается 245…250 г/(кВт.ч).

Часовой расход топлива в зависимости от скоростного режима определяется:

                                 ,  кг/ч                                                                    (39)

                    Gт1 = 275·20,21/103 = 5,55  кг/ч;          Gт2 = 250·48,74/103 = 12,185 кг/ч;

Gт3 = 237,5·79,66/103 = 18,9 кг/ч;   Gт4 = 237,5·103,4/103 = 24,55 кг/ч;

Gт5 = 250·118,902/103 = 29,72 кг/ч;        Gтх = 0,25·29,72 = 7,43кг/ч.

Для построения внешней скоростной характеристики все данные сводим в таблицу 5.

Таблица 5

n, %	20	40	60	80	100	110
n, мин-1	574	1148	1722	2296	2870	3157
Nе, кВт	20,21	48,74	79,66	103,4	118,902	0
Мк, Нм	336,44	405,65	441,99	430,27	395,825	0
gе, г/(кВт.ч)	275	250	237,5	237,5	250	287,5
, кг/ч	5,55	12,185	18,9	24,55	29,72	7,43

 

 

Для построения внешней скоростной характеристики по оси абсцисс откладываем значения частоты вращения коленчатого вала двигателя в принятом масштабе, а по оси ординат значения эффективных показателей работы ДВС таким образом, чтобы полученные кривые сильно не пересекались.

 

3. Определение передаточного числа  главной передачи

Передаточное число главной передачи i0 определяем из условия обеспечения максимальной скорости движения автомобиля на прямой передаче (ik=1):

                                                                                                             (40)

где nV – частота вращения коленчатого вала двигателя при максимальной скорости;

      rk – расчетный радиус ведущих колес:

                               , м                                                                                   (41)

где λ – коэффициент деформации шин, для грузовых автомобилей принимается 0,930…0,935;

        r0 - радиус шин в свободном состоянии;

r0 = 0,0254(0,5·d+b) = 0,0254(0,5·20+12) = 0,5588 м;

rк = 0,932·0,5588 = 0,5208 м;

i0 = 0,377·3157·0,5208/82= 7,55

 

4. Передаточные числа коробки  передач

Передаточное число низшей передачи найдем исходя из условия преодоления наибольшего дорожного сопротивления движению автомобиля, т.е. из условия обеспечения максимальной касательной силы:

                                ,                                               (42)

откуда                     ,                                                                      (43)

где Ga – полный вес автомобиля, Н;

       ψmax – приведенный максимальный коэффициент дорожного сопротивления.

                       iк1 = (157422,9·0,13·0,5208)/(441,99·0,87·7,55) = 3,67

Передаточные числа остальных передач определяются:

                                 ;             и т.д.                                                   (44)

где q – знаменатель геометрической прогрессии:

                                 ,                                                                                   (45)

где z – число передач; ikz – передаточное число высшей передачи (ikz = 1).

q = 5-1√3,67/1 = 1,384;

iк2 = 3,67/1,384 = 2,651

iк3 = 2,651/1,384 = 1,915;

iк4 = 1,915/1,384 = 1,384

iк5 = 1,384/1,384 = 1,000003

Узнаем передаточные числа трансмиссии и скорости движения:

                                                                                                                     (46)

iтр1 = 3,67·7,55 = 27,708;

iтр2 = 2,651·7,55 = 20,015;

iтр3 = 1,915·7,55 = 14,458;

iтр4 = 1,384·7,55 = 10,449;

iтр5 = 1,000003·7,55 = 7,55.            

                                , км/ч                                                                  (47)

V1 = 0,377·3157·0,5208/27,708 = 22,37 км/ч;

V2 = 0,377·3157·0,5208/20,015 = 30,969 км/ч;

V3 = 0,377·3157·0,5208/14,468 = 42,872 км/ч;        

V4 = 0,377·3157·0,5208/10,449 = 59,321 км/ч;

V5 = 0,377·3157·0,5208/7,55 = 82,099 км/ч.

 

5. Расчет и построение динамической характеристики автомобиля

Динамической характеристикой автомобиля называют графически выраженную зависимость динамического фактора от скорости движения автомобиля на различных передачах.

Динамический фактор представляет собой отношение избыточной касательной силы к весу автомобиля

                               ,                             (48)

где Pk – касательная сила тяги автомобиля, Н;

      Pw – сила сопротивления воздуха, Н;

      Ga – полный вес автомобиля, Н.

Построение динамической характеристики:

5.1 Задаемся значениями ne = (20, 40, 60, 80, 100, 110%)nн и определяем для них величины скоростей движения автомобиля на каждой передаче:

                                 , км/ч                                                                (49)

На первой передаче:

                       V120 = 0,377·3157·0,5208/27,708 = 22,37 км/ч;

V100 = 0,377·2870·0,5208/27,708 = 20,337 км/ч;

V80 = 0,377·2296·0,5208/27,708  = 16,269 км/ч;

V60 = 0,377·1722·0,5208/27,708 = 12,202 км/ч;

V40 = 0,377·1148·0,5208/27,708 = 8,134 км/ч;

V20 = 0,377·574·0,5208/27,708 = 4,067 км/ч.

Аналогично определяем скорости для остальных передач.

 

5.2 Определяем величину касательной  силы тяги по передачам:

                                 , Н                                                                  (50)

Величину Мк берем по таблице 5.

На первой передаче:

Pк110 = 0 Н;

Pк100 = 395,825·27,708·0,87/0,5208 = 18321,31 Н;

Pк80 = 430,27·27,708·0,87/0,5208 = 19915,65 Н;

Pк60 = 441,99·27,708·0,87/0,5208 = 20458,12 Н;

Pк40 = 405,65·27,708·0,87/0,5208 = 18776,08 Н;

Pк20 = 336,44·27,708·0,87/0,5208 = 15572,6 Н.

Аналогично определяем величину касательной силы тяги для остальных передач.

5.3 Определяем величину силы  сопротивления воздуха при скоростях движения на передачах, определенных по (49):

                                , Н                                                                           (51)

На первой передаче:

Pw110 = 0,65·5,08·22,372/13 = 127,105 Н;

Pw100 = 0,65·5,08·20,3372/13 = 105,466 Н;