Тяговий розрахунок та аналіз тягово-швидкісних характеристик АТЗ 3-го класу

2 ТЯГОВИЙ РОЗРАХУНОК ТА АНАЛІЗ ТЯГОВО-ШВИДКІСНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ АТЗ
2.1 Визначення максимальної потужності двигуна і подудова його
зовнішньої швидкістної характеристики 



1- двигун; 2- зчеплення; 3 – коробка швидкостей; 4 – карданна передача; 5 – головна передача і диференціал; 6 – півось; 7 – колесо
Малюнок 2.1 Кінематична схема трансміссії

Визначення максимальної потужності на колесі, кВт:

,   (2.1)

де  -повна маса автомобіля, кг;
  - прискорення вільного падіння ( );
  - коефіціент сумарного дорожнього руху;
  - максимальна швидкість автомобіля, км/год;
  - коефіціент заповнення лобової площі;
- лобова площа автомобіля, м2; - B,H –ширина и висота АТЗ, м;
- ККД трансмісії;
кВт.
Визначення максимальної потужності двигуна, кВт:

, (2.2)

де  - максимальні оберти двигуна, об/хв.;
  - оберти при максимальній потужності, об/хв.
Визначимо передатні числа трансміссії.

,    (2.3)

де  - передатне число головної передачі;
   - радіус колеса(по аналогу), м;
   - передатне число коробки на вищій передачі;
- передатне число роздатної коробки на вищій передачі;
.
Передатне число коробки передач на перщій передачі розраховуеться по двом формулам і приймаеться більше значення:

,   (2.4)
де  - коефіціент максимального дорожнього опору;

,   (2.5)

Передатне число інших передач розраховуеться по наступній формулі:

,     (2.6)

де Р – кількість передач;
Y – порядковий номер передачі;
,


П’яту передачу приймають як економічну, а розрахунок ведеться для чотирохступінчатої:

Для побудови зовнішньої швидкісної характеристики поршневого двигуна внутрішнього згоряння використовують емпіричну формулу, що дозволяє по відомим координатам однієї точки швидкісної характеристики / Nemax і nN / відтворити всю криву потужності:

   (2.7)

де Ne, кВт - поточне значення потужності двигуна, відповідне частоті обертання валу двигуна n, об/мин; Nemax, кВт - максимальна потужність двигуна при частоті обертання nN, об/мин; А1, А2 - емпіричні коефіцієнти, що характеризують тип двигуна внутрішнього згоряє. А1 і А2 для карбюраторних двигунів рівні 1,0.
Для вибору поточного n значення діапазон частоти обертання валу двигуна від мінімально стійких обертів nmin до nN розіб'ємо на 8 ділянок.
Мінімальну частоту обертання колінчастого валу приймаємо 600 об/хв.

,    (2.8)

Визначивши Ne для прийнятих значень n, обчислюємо значення крутящого моменту двигуна, Нм:

,     (2.9)

Результати розрахунків зведемо в таблицю 2.1 і побудуємо зовнішню швидкісну характеристику двигуна.

Таблиця 2.1. Результати розрахунків зовнішньої швидкісної характеристики
двигуна
Параметри Значення параметрів
n,об/мин 600 1200 1800 2400 3100 3800 4500 4800
A1*(n/nN) 0,133 0,267 0,400 0,533 0,689 0,844 1,0 1,067
A2*(n/nN)^2 0,018 0,071 0,160 0,284 0,475 0,713 1,0 1,138
(n/nN)^3 0,002 0,019 0,064 0,152 0,327 0,602 1,0 1,214
A1*(n/nN)+A2*(n/nN)^2- -(n/nN)^3 0,149 0,319 0,496 0,665 0,837 0,955 1,000 0,991
Ne,кВт 11,73 25,15 39,13 52,55 65,99 75,37 78,89 78,17
Me,Н*м 186,7 200,2 207,6 209,1 203,3 189,4 167,4 155,5




Малюнок 2.2. Графік зовнішньої швидкісної характеристики ДВЗ.

2.2 Побудова графіків силового балансу і динамічної характеристики.

При побудові графіків силового балансу для різних передач і швидкостей руху автомобіля розраховують значення складових рівняння силового балансу:
Тягове зусилля на ведучіх колесах визначають з виразу, Н:

,     (2.10)

де - передаточне число і – тої передачі, - передаточне число роздаточної коробки(на вищій передачі), - передаточне число головної передічі, - КПД трансміссії, - динамічний радіус колеса.
Другу складову силового балансу - силу сумарного дорожнього опору визначають по формулі, Н:

,      (2.11)

де  = const = 0,018 – коєфіціент сумарного дорожнього опору;
 G – повна маса автомобіля; ,
;    
Сила опору повітря, Н:

,     (2.12)

де F - лобова площа, м2; , де - коефіцієнт заповнення площі ( =0.8); - ширина автомобіля, м; - висота автомобіля, м.
Лобова площа може бути визначена по кресленню автомобіля, а при його відсутності - приблизно по виразу:
Сила опору розгону, Н:

,      (2.13)

де  - коефіцієнт, що враховує вплив інерції обертаючіх мас;
- прискорення автомобіля при поступальному ході, м/с2.
При побудові і аналізів графіків силового балансу величина Р не розраховується, а визначається як різниця тягового зусилля Рк і суми опорів руху (P +Pw).
Графік силового балансу і усі подальші графіки будують у функції швидкості автомобіля V, км/год, яка пов'язана з частотою обертання валу двигуна n залежністю:

,     (2.14)

Динамічний фактор автомобіля (D) визначають для різних передач і швидкостей руху по формулі:

,     (2.15)

Дані розрахунків по вище висловлених формулах зводять в таблицю 2.2 і будують по них графіки силового балансу і динамічній характеристиці.

Таблиця 2.2. Результати розрахунків силового балансу і динамічної характеристики автомобіля.
Параметри Значення параметрів
1 2 3 4 5 6 7 8 9
n,об/хв 600 1200 1800 2400 3100 3800 4500 4800
Me,Нм 186,7 200,2 207,6 209,1 203,3 189,4 167,4 155,5
1-я передача Uk1=2,83 V,км/ч 8,0 16,0 24,0 32,0 41,3 50,6 59,9 63,9
 Pk,Н 4861 5212 5405 5444 5293 4931 4358 4049
 Pw,Н 2,70 10,8 24,3 43,3 72,1 108,2 151,6 172,5
 Pk-Pw,Н 4858 5201 5381 5401 5221 4823 4206 3877
 D 0,268 0,287 0,296 0,298 0,288 0,266 0,232 0,214

 Продовження таблиці 2.2
1 2 3 4 5 6 7 8 9
2-я передача Uk2=2,0 V,км/ч 11,3 22,6 33,9 45,2 58,4 71,6 84,8 90,5
 Pk,Н 3435 3684 3820 3847 3741 3485 3080 2861
 Pw,Н 5,39 21,6 48,6 86,3 144,1 216,6 303,8 346,0
 Pk-Pw,Н 3430 3662 3771 3761 3597 3268 2776 2515
 D 0,189 0,202 0,208 0,207 0,198 0,180 0,153 0,139
3-я передача Uk3=1,42 V,км/ч 15,9 31,9 47,8 63,7 82,3 101 120 127
 Pk,Н 2439 2615 2712 2732 2656 2474 2187 2031
 Pw,Н 10,7 43,0 96,5 171,4 286,1 430,1 603 686
 Pk-Pw,Н 2428 2572 2615 2561 2370 2044 1584 1345
 D 0,134 0,142 0,144 0,141 0,131 0,113 0,087 0,074
4-я передача Uk4=1,0 V,км/ч 22,6 45,2 67,9 90,5 117 143 170 181
 Pk,Н 1718 1842 1910 1924 1870 1742 1540 1431
 Pw,Н 21,6 86,3 195 346 578 864 1221 1384
 Pk-Pw,Н 1696 1756 1715 1578 1292 878 319 47,0
 D 0,093 0,097 0,094 0,087 0,071 0,048 0,018 0,003
5-я передача Uk5=0,75 V,км/ч 30,2 60,3 90,5 121 156 191 226 241
 Pk,Н 1288 1381 1432 1443 1403 1307 1155 1073
 Pw,Н 38,5 153,6 346,0 614 1025 1541 2162 2460
 Pk-Pw,Н 1250 1227 1086 829 378 -234 -1007 -1387
 D 0,069 0,068 0,060 0,046 0,021 -0,013 -0,055 -0,076
P+Pw 348,3 413,0 521 673 905 1191 1548 1711


 Малюнок 2.3. Графік силового балансу  Малюнок 2.4. Графік динамічної АТЗ.  характеристики АТЗ.

2.3 Побудова графіків прискорень, часу та путі розгону автомобіля

Показники розгону є графіками прискорень, часу і шляху розгону у функції швидкості. Прискорення для різних передач і швидкостей визначають по значеннях D з таблиці 2.2, використовуючи формулу:

, м/с2      (2.16)

де , заздалегідь розраховується для кожної передачі:
1 =1,36; 2 = 1,20; 3 = 1,12; 4 = 1,08; 5 = 1,06.
Розрахункові дані для побудови графіка прискорень зводять в таблицю 2.3, де проводяться значення величин, зворотних прискоренням 1/g, які будуть використані при визначенні часу розгону АТС.

Таблиця 2.3. Результати розрахунків прискорень і величин зворотних прискоренням.
Параметр Числове значення
n, об/хв 600 1200 1800 2400 3100 3800 4500 4800
1 2 3 4 5 6 7 8 9
1-я передача Uk1=2,83; 1=1,36 V,км/ч 8,0 16,0 24,0 32,0 41,3 50,6 59,9 63,9
 D 0,268 0,287 0,296 0,298 0,288 0,266 0,232 0,214
 D- 0,250 0,269 0,278 0,280 0,270 0,248 0,214 0,196
  м/с^2 1,803 1,940 2,005 2,020 1,948 1,789 1,544 1,414
 1/,с^2/м 0,555 0,515 0,499 0,495 0,513 0,559 0,648 0,707
2-я передача Uk2=2,0; =1,20 V,км/ч 11,3 22,6 33,9 45,2 58,4 71,6 84,8 90,5
 D 0,189 0,202 0,208 0,207 0,198 0,180 0,153 0,139
 D- 0,171 0,184 0,190 0,189 0,180 0,162 0,135 0,121
  м/с^2 1,398 1,504 1,553 1,545 1,472 1,324 1,104 0,989
 1/,с^2/м 0,715 0,665 0,644 0,647 0,679 0,755 0,906 1,011
3-я передача Uk3=1,42; =1,12 V,км/ч 15,9 31,9 47,8 63,7 82,3 100,9 119,5 127,4
 D 0,134 0,142 0,144 0,141 0,131 0,113 0,087 0,074
 D- 0,116 0,124 0,126 0,123 0,113 0,095 0,069 0,056
  м/с^2 1,016 1,086 1,104 1,077 0,990 0,832 0,604 0,491
 1/,с^2/м 0,984 0,921 0,906 0,929 1,010 1,202 1,656 2,037
4-я передача Uk4=1,0; =1,08 V,км/ч 22,6 45,2 67,9 90,5 117 143 170 181
 D 0,093 0,097 0,094 0,087 0,071 0,048 0,018 0,003
 D- 0,075 0,079 0,076 0,069 0,053 0,030 0,000 -0,015
  м/с^2 0,681 0,718 0,690 0,627 0,481 0,273 0,000 -0,136
 1/,с^2/м 1,468 1,393 1,449 1,595 2,079 3,663 0,000 -7,353




Продовження таблиці 2.3
1 2 3 4 5 6 7 8 9
5-я передача Uk5=0,75; =1,06 V,км/ч 30,2 60,3 90,5 120,6 156 191 226 241
 D 0,069 0,068 0,060 0,046 0,021 -0,013 -0,055 -0,076
 D- 0,051 0,050 0,042 0,028 0,003 -0,031 -0,073 -0,094
  м/с^2 0,472 0,463 0,389 0,259 0,028 -0,287 -0,676 -0,870



Малюнок 2.5. Графік прискорень  Малюнок 2.6. Графік величин, зворотніх
автомобіля. прискоренням.

Час розгону автомобіля одержують як інтеграл функції, с:

,       (2.17)

Графічною інтеграцією, використовуючи графік величин, зворотних прискоренням. Для цього площу під кривими на графіку 2.6 розбиваємо на 7 частин. Перехід з однієї передачі на іншу вибирають при рівних або при найближчих значеннях і 1/ . При цьому кожна ділянка буде обмежена частиною осі абсцис V, частиною кривої залежності 1/ =f(V) і ординатами точок цієї кривої, відповідних початковій і кінцевій швидкостям вибраного інтервалу. Площі цих ділянок є в певному масштабі часом розгону у відповідному інтервалі швидкостей на даній дорозі:

,     (2.18)

де - масштаб величин зворотніх прискоренням; - масштаб швидкості.
Підрахувавши площі ділянок Fti і наростаючу суму площ, обчислюють час розгону, зводять розрахунок в таблицю 2.4 і будують графік часу розгону.
Шлях розгону визначають аналогічно графічною інтеграцією функції t = f(V), тобто підрахунком відповідних площ графіка часу розгону.

Таблиця 2.4. Результати розрахунку часу розгону 
Параметр Значения параметра
V,км/год 8 35,7 63,4 76,9 90,5 109 127 143
Fti,мм2 0 718 876 510 602 1111 1495 2071
Ft1+Ft2+...+Fti,мм2 0 718 1594 2104 2706 3817 5312 7383
t,с 0,00 3,99 8,86 11,69 15,03 21,21 29,51 41,02



Малюнок 2.7. Графік часу розгону.

Методика розрахунку і побудови аналогічна попереднього. Для цього площу над кривою t = f(V) в інтервалі від Vmin до 0.9Vmax розбивають на довільне число ділянок (5 або 6). Кожна ділянка обмежена частиною осі ординат, частиною кривої і абсцисами цієї кривої, відповідних початковій і кінцевій швидкостями вибраного інтервалу. Площі цих ділянок є в певному масштабі шляхом розгону в соответсвующем інтервалі швидкостей на даній дорозі:

,     (2.19)

де  - масштаб часу розгону.
Підрахувавши площі ділянок і наростаючу суму площ, обчислюємо шлях розгону S. Результати розрахунку зводять в таблицю 2.6 і будують графік шляху розгону.

Таблиця 2.6. Результати розрахунків шляху розгону
Параметр Значения параметра
V,км/ч 35,7 63,4 76,9 90,5 109 127 143
Fsi,мм^2 367 963 797 1122 2462 3924 6232
Fs1+Fs2+..+Fsi,мм^2 367 1330 2127 3249 5711 9635 15867
S,м 25,5 92,4 147,7 225,6 396,6 669 1102



Малюнок 2.8. Графік шляху розгону автомобіля.
2.4 Побудова графіку потужностного балансу

Рівняння балансу потужності можуть бути виражені через потужність двигуна Ne:

Ne - Nr - Ny - Nw - Ng = 0,     (2.20)

і через потужність на колесах Nk:

Nk - Ny - Nw - Ng = 0,    (2.21)

де Nr - потужність, що втрачається в трансмісії; Ny, Nw - потужність, що витрачається на подолання відповідно сумарних дорожніх опорів і опору повітря; Ng - потужність, що використовується для розгону.
Спочатку обчислюють потужність на провідних колесах Nk. Цю величину визначають через потужність Ne, що розвивається на колінчатому валу двигуна, з урахуванням втрат в трансмісії, кВт:

Nk = Ne ,      (2.22)

Значення потужностей N і Nw розраховують з використанням величин P і Pw, узятих для вищої передачі, з метою забезпечення всього діапазону швидкостей руху автомобіля:

,      (2.23)

,      (2.24)

Таблиця 2.7. Набуті значення величин N і Nw підсумовують:
Параметр Значення параметрів
n,об/мин 600 1200 1800 2400 3100 3800 4500 4800
Ne, кВт 11,73 25,15 39,13 52,55 65,99 75,37 78,89 78,17
Nk, кВт 10,79 23,14 36,00 48,35 60,71 69,34 72,58 71,92
V,км/ч Uk1 8,0 16,0 24,0 32,0 41,3 50,6 59,9 63,9
 Uk2 11,3 22,6 33,9 45,2 58,4 71,6 84,8 90,5
 Uk3 15,9 31,9 47,8 63,7 82,3 101 120 127
 Uk4 22,6 45,2 67,9 90,5 117 143 170 181
NкВт 2,05 4,10 6,16 8,21 10,62 12,98 15,43 16,42
Nw, кВт 0,14 1,08 3,67 8,70 18,79 34,32 57,65 69,58
N+Nw, кВт 2,19 5,18 9,83 16,91 29,41 47,30 73,08 86,00



Малюнок 2.9. Графік потужностного балансу
Потужності Nr і Ng визначають на графіку як різниці Nr=Ne-Nk; Ng=Nk-(Ny-Nw).

2.5 Показники тягово-швидкісних властивостей автомобіля

Із зовнішньої швидкісної характеристики двигуна визначають значення максимального крутящого моменту, частоту обертання колінчастого валу при максимальному крутящому моменті, і момент при максимальній потужності. Набуті значення Memax і nM порівнюють з реальними даними. По значеннях Memax і MN можна обчислити коефіцієнт приспосабливаемости двигуна:

,    (2.25)

По графіку силового балансу визначають максимальну можливу швидкість руху автомобіля Vmax для заданих дорожніх умов ( ). Її можна визначити по динамічній характеристиці, графіку прискорень і потужностному балансу автомобіля. При правильній побудові вказаних залежностей максимальні значення швидкості будуть для всіх графіків однакові. По динамічній характеристиці автомобіля для кожної передачі визначають максимальний дорожній опір max, який може подолати автомобіль, критичну швидкість Vкр і максимальний подоланний подовжній ухил дороги Imaxi при коефіцієнті опору качению f = 0,1 (грунтова дорога після дощу).
Максимальний подоланний подовжній ухил дороги:

,     (2.26)

Для більшої наочності набуте значення ухилу представляють у відсотках.
Для проєктуемого автомобіля перераховані параметри складають:

Vmax = 170 км/г;
max1 = Dmax1 = 0,3   Vкр1=32 км/ч
max2 = Dmax2 = 0,21   Vкр2=45,2 км/ч
max3 = Dmax3 = 0,14   Vкр3=63,7 км/ч
max4 = Dmax4 = 0,09   Vкр4=90,5 км/ч
imax1 = 0,3 - 0,1 = 0,2 = 20 %,
imax2 = 0,21 - 0,1 = 0,11 = 11 %,
imax3 = 0,14 - 0,1 = 0,4 = 4 %,
imax4 = 0,09 - 0,1 = - 0,01 = -1 %;
По графіку прискорень визначається максимальне прискорення для кожної передачі і оптимальні швидкості переходу з однієї передачі на іншу по даній дорозі.
За допомогою графіків часу і шляху розгону для прийнятого дорожнього опору визначають відповідно час і шлях розгону автомобіля до швидкості 100 км/г.
У приведеному прикладі перераховані параметри складають:
max1 = 2,02 м/с2,
max2 = 1,55 м/с2,
max3 = 1,08 м/с2 ,
max4 = 0,63 м/с2;
Швидкості, при яких відбувається перемикання передач, км/г:
Vпер1-2 = 63,4 км/г,   
Vпер2-3 = 90,5 км/г, 
Vпер3-4 = 127,4 км/г;
Час та шлях розгону автомобіля від 0 до 100 км/г:
t100 = 17,9 с.       S100 = 609 м.

Раздел дипломной работы. Все что нужно в работе присутствует!