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 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  (Н×м) 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 |
δy |
| ne, об/мин |
520 |
1040 |
1300 |
1560 |
1820 |
2080 |
2600 |
(nν) |
Nе,
кВт
|
35,844 |
76,632 |
96,56 |
114,948 |
130,86 |
143,376 |
154,50 |
(Nеν) |
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.
|