Что определяют тягово скоростные параметры. Тягово-скоростные и топливно-экономические свойства автомобиля. Скоростные свойства автомобиля

Тягово-скоростные свойства имеют важное значение при эксплуатации автомобиля, так как от них во многом зависят его средняя скорость движения и производительность. При благоприятных тягово-скоростных свойствах возрастает средняя скорость, уменьшаются затраты времени на перевозку грузов и пассажиров, а также повышается производительность автомобиля.

3.1. Показатели тягово-скоростных свойств

Основными показателями, позволяющими оценить тягово-скоростные свойства автомобиля, являются:

Максимальная скорость , км/ч;

Минимальная устойчивая скорость (на высшей передаче)
, км/ч;

Время разгона (с места) до максимальной скорости t р, с;

Путь разгона (с места) до максимальной скорости S р, м;

Максимальные и средние ускорения при разгоне (на каждой передаче) j max и j ср, м/с 2 ;

Максимальный преодолеваемый подъем на низшей передаче и при постоянной скорости i m ах, %;

Длина динамически преодолеваемого подъема (с разгона) S j ,м;

Максимальная сила тяги на крюке (на низшей передаче) Р с , Н.

В
качестве обобщенного оценочного показателя тягово-скоростных свойств автомобиля можно использовать среднюю скорость непрерывного движенияср , км/ч. Она зависит от условий движения и определяется с учетом всех его режимов, каждый из которых характеризуется соответ-ствующими показателями тягово-скоростных свойств автомобиля.

3.2. Силы, действующие на автомобиль при движении

При движении на автомобиль действует целый ряд сил, которые называются внешними. К ним относятся (рис. 3.1) сила тяжести G , силы взаимодействия между колесами автомобиля и дорогой (реакции дороги) R Х1 , R х2 , R z 1 , R z 2 и сила взаимодействия автомобиля с воздухом (реакция воздушной среды) Р в.

Рис. 3.1. Силы, действующие на автомобиль с прицепом при движении: а - на горизонтальной дороге; б - на подъеме; в - на спуске

Одни из указанных сил действуют в направлении движения и являются движущими, другие - против движения и относятся к силам сопротивления движению. Так, сила R Х2 на тяговом режиме, когда к ведущим колесам подводятся мощность и крутящий момент, направлена в сторону движения, а силы R Х1 и Р в - против движения. Сила Р п - составляющая силы тяжести - может быть направлена как в сторону движения, так и против в зависимости от условий движения автомобиля - на подъеме или на спуске (под уклон).

Основной движущей силой автомобиля является касательная реакция дороги R Х2 на ведущих колесах. Она возникает в результате подвода мощности и крутящего момента от двигателя через трансмиссию к ведущим колесам.

3.3. Мощность и момент, подводимые к ведущим колесам автомобиля

В условиях эксплуатации автомобиль может двигаться на различных режимах. К этим режимам относятся установившееся движение (равномерное), разгон (ускоренное), торможение(замедленное)

и
накат (по инерции). При этом в условиях города продолжительность движения составляет приблизительно 20 % для установившегося режима, 40 % - для разгона и 40 % - для торможения и наката.

При всех режимах движения, кроме наката и торможения с отсоединенным двигателем, к ведущим колесам подводятся мощность и крутящий момент. Для определения этих величин рассмотрим схему,

Рис. 3.2. Схема для определения мощ ности и крутящего момента, подво димых от двигателя к ведущим ко лесам автомобиля:

Д - двигатель; М - маховик; Т - транс миссия; К - ведущие колеса

представленную на рис. 3.2. Здесь N e - эффективная мощность двигателя; N тр - мощность, подводимая к трансмиссии;N кол - мощность, подводимая к ведущим колесам; J м - момент инерции маховика (под этой величиной условно понимают момент инерции всех вращающихся частей двигателя и трансмиссии: маховика, деталей сцепления, коробки передач, карданной передачи, главной передачи и др.).

При разгоне автомобиля определенная доля мощности, передаваемой от двигателя к трансмиссии, затрачивается на раскручивание вращающихся частей двигателя и трансмиссии. Эти затраты мощности

(3.1)

где А - кинетическая энергия вращающихся частей.

Учтем, что выражение для кинетической энергии имеет вид

Тогда затраты мощности

(3.2)

Исходя из уравнений (3.1) и (3.2) мощность, подводимую к трансмиссии, можно представить в виде

Часть этой мощности теряется на преодоление различных сопротивлений (трения) в трансмиссии. Указанные потери мощности оцениваются коэффициентом полезного действия трансмиссии тр.

С учетом потерь мощности в трансмиссии подводимая к ведущим колесам мощность

(3.4)

Угловая скорость коленчатого вала двигателя

(3.5)

где ω к -угловая скорость ведущих колес; u т -передаточное число трансмиссии

Передаточное число трансмиссии

Где u k - передаточное число коробки передач; u д - передаточное число дополнительной коробки передач (раздаточная коробка, делитель, демультипликатор); и Г - передаточное число главной передачи.

В результате подстановки e из соотношения (3.5) в формулу (3.4) мощность, подводимая к ведущим колесам:

(3.6)

При постоянной угловой скорости коленчатого вала второй член в правой части выражения (3.6) равен нулю. В этом случае мощность, подводимая к ведущим колесам, называется тяговой. Ее величина

(3.7)

С учетом соотношения (3.7) формула (3.6) преобразуется к виду

(3.8)

Для определения крутящего момента М к , подводимого от двигателя к ведущим колесам, представим мощности N кол и N T , в выражении (3.8) в виде произведений соответствующих моментов на угловые скорости. В результате такого преобразования получим

(3.9)

Подставим в формулу (3.9) выражение (3.5) для угловой скорости коленчатого вала и, разделив обе части равенства на к получим

(3.10)

При установившемся движении автомобиля второй член в правой части формулы (3.10) равен нулю. Момент, подводимый к ведущим колесам, в этом случае называется тяговым. Его величина

(3.11)

С учетом соотношения (3.11) момент, подводимый к ведущим колесам:

(3.12)

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА И

ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ

«БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

АГРАРНО ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ФАКУЛЬТЕТ МЕХАНИЗАЦИИ СЕЛЬСКОГО

ХОЗЯЙСТВА

Кафедра « Трактора и автомобили»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

По дисциплине: Основы теории и расчета трактора и автомобиля.

На тему: Тягово-скоростные свойства и топливная экономичность

автомобиля.

Студента 5 курса 45 группы

Снопкова А.А.

Руководитель КП

Минск 2002.
Введение.

1.Тягово-скоростные свойства автомобиля.

Тягово-скоростными свойствами автомобиля называют совокупность свойств определяющих возможные по характеристикам двигателя или сцепления ведущих колес с дорогой диапазоны изменения скоростей движения и предельные интенсивности разгона и торможения автомобиля при его работе на тяговом режиме работы в различных дорожных условиях.

Показатели тагово-скоростных свойств автомобиля (максимальная скорость, ускорение при разгоне или замедлении при торможении, сила тяги на крюке, эффективная мощность двигателя, подъем, преодолеваемый в различных дорожных условиях, динамический фактор, скоростная характеристика) определяются проектировочным тяговым расчетом. Он предполагает определение конструктивных параметров, которые могут обеспечить оптимальные условия движения, а также установление предельных дорожных условий движения для каждого типа автомобиля.

Тягово-скоростные свойства и показатели определяются при тяговом расчете автомобиля. В качестве объекта расчета выступает грузовой автомобиль малой грузоподъемности.

1.1. Определение мощности двигателя автомобиля.

В основу расчета кладется номинальная грузоподъемность автомобиля

в кг (масса установленной полезной нагрузки + масса водителя и пассажиров в кабине) или автопоезда , она равняется из задания – 1000 кг.

Мощность двигателя

, необходимая для движения полностью груженого автомобиля со скоростью в заданных дорожных условиях, характеризующих приведенным сопротивлением дороги , определяют из зависимости: , где собственная масса автомобиля, 1000 кг; сопротивление воздуха(в Н) – 1163,7 при движении с максимальной скоростью = 25 м/с; -- КПД трансмиссии = 0,93. Номинальная грузоподъемность указана в задании; = 0,04 с учетом работы автомобиля в сельском хозяйстве (коэффициент дорожного сопротивления). (0,04*(1000*1352)*9,8+1163,7)*25/1000*0,93=56,29 кВт.

Собственная масса автомобиля связана в его номинальной грузоподъемностью зависимостью:

1000/0,74=1352 кг. -- коэффициент грузоподъемности автомобиля – 0,74.

У автомобиля особо малой грузоподъемности =0,7…0,75.

Коэффициент грузоподъемности автомобиля существенно влияет на динамические и экономические показатели автомобиля: чем он больше, тем лучше эти показатели.

Сопротивление воздуха зависит от плотности воздуха, коэффициент

обтекаемости обводов и днища (коэффициент парусности), площади лобовой поверхности F (в ) автомобиля и скоростного режима движения. Определяется зависимостью: , 0.45*1.293*3.2*625= 1163.7 Н. =1,293 кг/ -- плотность воздуха при температуре 15…25 С.

Коэффициент обтекаемости у автомобиля

=0,45…0,60. Принимаю = 0,45.

Площадь лобовой поверхности может быть подсчитана по формуле:

Где: В – колея задних колес, принимаю её = 1,6м, величина Н = 2м. Величины В и Н уточняют при последующих расчетах при определении размеров платформы.

= максимальная скорость движения по дороге с улучьшеным покрытием при полной подаче топлива, по заданию она равна 25 м/с. автомобиля развивает, как правило, на прямой передаче, то , 0,95…0,97 – 0,95 КПД двигателя на холостом ходу; =0,97…0,98 – 0,975.

КПД главной передачи.

0,95*0,975=0,93.

1.2. Выбор колесной формулы автомобиля и геометрических параметров колес.

Количество и размеры колес (диаметр колеса

и масса, передаваемая на ось колеса) определяются исходя из грузоподъемности автомобиля.

При полностью груженом автомобиле 65…75% от общей массы машины приходиться на заднюю ось и 25…35% -- на переднюю. Следовательно, коэффициент нагрузки передних и задних ведущих колес составляют соответственно 0.25…0.35 и –0.65…0.75.

; 0,65*1000*(1+1/0,45)=1528,7 кг.

на переднюю:

. 0,35*1000*(1+1/0,45)=823,0 кг.

Принимаю следующие значения: на задней оси –1528,7 кг, на одно колесо задней оси – 764,2 кг; на передней оси – 823,0 кг, на колесо передней оси – 411,5кг.

Исходя из нагрузки

и давления в шинах, по таблице 2 выбираются размеры шин, в м (ширина профиля шины и диаметр посадочного обода ). Тогда расчетный радиус ведущих колес (в м); .

Расчетные данные: наименование шины -- ; её размеры –215-380 (8,40-15) ; расчетный радиус.

ВВЕДЕНИЕ

В методических указаниях приводится методика расчета и анализа тягово-скоростных свойств и топливной экономичности карбюраторных автомобилей с ступенчатой механической трансмиссией. В работе содержатся параметры и технические характеристики отечественных автомобилей, которые необходимы для выполнения расчетов динамичности и топливной экономичности, указывается порядок расчета, построения и анализа основных характеристик указанных эксплуатационных свойств, даются рекомендации по выбору ряда технических параметров, отражающих особенности конструкции различных автомобилей, режима и условий их движения.

Использование данных методических указаний дает возможность определить значения основных показателей динамичности и топливной экономичности и выявить их зависимость от основных факторов конструкции автомобиля, его загрузки, дорожных условий и режима работы двигателя, т.е. решить те задачи, которые ставятся перед студентом в курсовой работе.

ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ РАСЧЕТА

При анализе тягово-скоростных свойств автомобиля производится расчет и построение следующих характеристик автомобиля:

1) тяговой;

2) динамической;

3) ускорений;

4) разгона с переключением передач;

5) наката.

На их основе производится определение и оценка основных показателей тягово-скоростных свойств автомобиля.

При анализе топливной экономичности автомобиля производится расчет и построение ряда показателей и характеристик, в том числе:

1) характеристики расхода топлива в процессе разгона;

2) топливно-скоростной характеристики разгона;

3) топливной характеристики установившегося движения;

4) показателей топливного баланса автомобиля;

5) показателей эксплуатационного расхода топлива.

ГЛАВА 1. ТЯГОВО-СКОРОСТНЫЕ СВОЙСТВА АВТОМОБИЛЯ

1.1. Расчет сил тяги и сопротивления движению

Движение автотранспортного средства определяется действием сил тяги и сопротивления движению. Совокупность всех сил, действующих на автомобиль, выражает уравнения силового баланса:

Р i = Р д + Р о + P тр + Р + P w + P j , (1.1)

где P i - индикаторная сила тяги, H;

Р д, Р о, P тр, P , P w , P j - соответственно силы сопротивления двигателя, вспомогательного оборудования, трансмиссии, дороги, воздуха и инерции, H.

Значение индикаторной силы тяги можно представить в виде суммы двух сил:

Р i = Р д + Р е, (1.2)

где P е - эффективная сила тяги, H.

Значение P е рассчитывается по формуле:

где M е - эффективный крутящий момент двигателя, Нм;

r - радиус колес, м

i - передаточное число трансмиссии.

Для определения значений эффективного крутящего момента карбюраторного двигателя при той или иной подаче топлива используется его скоростные характеристики, т.е. зависимости эффективного момента от частоты вращения коленчатого вала при различных положениях дроссельной заслонки. При ее отсутствии может быть использована так называемая единая относительная скоростная характеристика карбюраторных двигателей (рис.1.1).

Рис.1.1. Единая относительная частичная скоростная характеристика карбюраторных автодвигателей

Указанная характеристика дает возможность определить приближенное значения эффективного крутящего момента двигателя при различных значениях частоты вращения коленчатого вала и положениях дроссельной заслонки. Для этого достаточно знать значения эффективного крутящего момента двигателя (M N) и частоты вращения его вала при максимальной эффективной мощности (n N).

Значение крутящего момента, соответствующее максимальной мощности (M N), можно рассчитать по формуле:

, (1.4)

где N е мах - максимальная эффективная мощность двигателя, кВт.

Принимая ряд значений частоты вращения коленчатого вала (табл.1.1), рассчитывают соответствующий ряд относительных частот (n е /n N). Используя последний, по рис. 1.1 определяют соответствующий ряд значений относительных величин крутящего момента (θ = M е /M N), после чего вычисляют искомые значения по формуле: M е = M N θ. Значения M е сводятся в табл. 1.1.

Тягово-скоростные свойства автомобиля существенно зависят от конструктивных факторов. Наибольшее влияние на тягово-скоростные свойства оказывают тип двигателя, коэффициент полезного действия трансмиссии, передаточные числа трансмиссии, масса и обтекаемость автомобиля.

Тип двигателя. Бензиновый двигатель обеспечивает лучшие тягово-скоростные свойства автомобиля, чем дизель, при аналогичных условиях и режимах движения. Это связано с формой внешней скоростной характеристики указанных двигателей.

На рис. 5.1 представлен график мощностного баланса одного и того же автомобиля с различными двигателями: с бензиновым (кривая N" т) и дизелем (кривая N" т). Значения максимальной мощности N max и скорости v N при максимальной мощности для обоих двигателей одинаковы.

Из рис. 5.1 видно, что бензиновый двигатель имеет более выпуклую внешнюю скоростную характеристику, чем дизель. Это обеспечивает ему больший запас мощности (N" з > N" з ) при одной и той же скорости, например при скорости v 1 . Следовательно, автомобиль с бензиновым двигателем может развивать большие ускорения, преодолевать более крутые подъемы и буксировать прицепы большей массы, чем с дизелем.

КПД трансмиссии. Этот коэффициент позволяет оценить потери мощности в трансмиссии на трение. Снижение КПД, вызванное ростом потерь мощности на трение вследствие ухудшения технического состояния механизмов трансмиссии в процессе эксплуатации, приводит к уменьшению тяговой силы на ведущих колесах автомобиля. В результате снижаются максимальная скорость движения автомобиля и сопротивление дороги, преодолеваемое автомобилем.

Рис. 5.1. График мощностного баланса автомобиля с разными двигателями:

N" т – бензиновый двигатель; N" т - дизель; N" з, N" з – соответствующие значения запаса мощности при скорости автомобиля v 1 .

Передаточные числа трансмиссии. От передаточного числа главной передачи существенно зависит максимальная скорость автомобиля. Оптимальным считается такое передаточное число главной передачи, при котором автомобиль развивает максимальную скорость, а двигатель - максимальную мощность. Увеличение или уменьшение передаточного числа главной передачи по сравнению с оптимальным приводит к снижению максимальной скорости автомобиля.

Передаточное число I передачи коробки передач влияет на то, какое максимальное сопротивление дороги может преодолеть автомобиль при равномерном движении, а также на передаточные числа промежуточных передач коробки передач.

Увеличение числа передач в коробке передач приводит к более полному использованию мощности двигателя, росту средней скорости движения автомобиля и повышению показателей его тягово-скоростных свойств.

Дополнительные коробки передач. Улучшение тягово-скоростных свойств автомобиля может быть достигнуто также применением совместно с основной коробкой передач дополнительных коробок передач: делителя (мультипликатора), демультипликатора и раздаточной коробки. Обычно дополнительные коробки передач являются двухступенчатыми и позволяют увеличить число передач вдвое. При этом делитель только расширяет диапазон передаточных чисел, а демультипликатор и раздаточная коробка увеличивают их значения. Однако при чрезмерно большом числе передач возрастают масса и сложность конструкции коробки передач, а также затрудняется управление автомобилем.

Гидропередача. Эта передача обеспечивает легкость управления, плавность разгона и высокую проходимость автомобиля. Однако она ухудшает тягово-скоростные свойства автомобиля, так как ее КПД ниже, чем у механической ступенчатой коробки передач.

Масса автомобиля. Увеличение массы автомобиля приводит к возрастанию сил сопротивления качению, подъему и разгону. В результате ухудшаются тягово-скоростные свойства автомобиля.

Обтекаемость автомобиля . Обтекаемость оказывает значительное влияние на тягово-скоростные свойства автомобиля. При ее ухудшении уменьшается запас тяговой силы, который может быть использован на разгон автомобиля, преодоление подъемов и буксировку прицепов, возрастают потери мощности на сопротивление воздуха и снижается максимальная скорость автомобиля. Так, например, при скорости, равной 50 км/ч, потери мощности у легкового автомобиля, связанные с преодолением сопротивления воздуха, почти равны потерям мощности на сопротивление качению автомобиля при его движении по дороге с твердым покрытием.

Хорошая обтекаемость легковых автомобилей достигается незначительным наклоном крыши кузова назад, применением боковин кузова без резких переходов и гладкого днища, установкой ветрового стекла и облицовки радиатора с наклоном и таким размещением выступающих деталей, при котором они не выходят за внешние габариты кузова.

Все это позволяет уменьшить аэродинамические потери, особенно при движении на высоких скоростях, а также улучшить тягово-скоростные свойства легковых автомобилей.

У грузовых автомобилей сопротивление воздуха уменьшают, применяя специальные обтекатели и покрывая кузов брезентом.

ТОРМОЗНЫЕ СВОЙСТВА.

Определения.

Торможение – создание искусственного сопротивления с целью снижения скорости или удержание в неподвижном состоянии.

Тормозные свойства – определяют максимальное замедление автомобиля и предельные значения внешних сил, которые удерживают автомобиль на месте.

Тормозной режим – режим, при котором к колесам приводят тормозные моменты.

Тормозной путь – путь, проходимый автомобилем от обнаружения помехи водителем до полной остановки автомобиля.

Тормозные свойства – важнейшие определяющие безопасности движения.

Современные тормозные свойства нормируются правилом №13 комитета по внутреннему транспорту Европейской Экономической Комиссии при ООН (ЕЭК ООН).

Национальные стандарты всех стран участниц ООН составляют на основании этих Правил.

Автомобиль должен иметь несколько тормозных систем, выполняющих различные функции: рабочую, стояночную, вспомогательную и запасную.

Рабочая тормозная система является основной тормозной системой, обеспечивающей процесс торможения в нормальных условиях функционирования автомобиля. Тормозными механизмами рабочей тормозной системы являются колесные тормоза. Управление этими механизмами осуществляется посредством педали.

Стояночная тормозная система предназначена для удержания автомобиля в неподвижном состоянии. Тормозные механизмы этой системы располагают либо на одном из валов трансмиссии, либо в колесах. В последнем случае используются тормозные механизмы рабочей тормозной системы, но с дополнительным приводом управления стояночной тормозной системы. Управление стояночной тормозной системой ручное. Привод стояночной тормозной системыдолжен быть только механическим .

Запасная тормозная система используется при отказе рабочей тормозной системы. У некоторых автомобилей функции запасной выполняет стояночная тормозная система или дополнительный контур рабочей системы.

Различают следующие виды торможений : экстренное (аварийное), служебное, торможение на уклонах.

Экстренное торможение осуществляется посредством рабочей тормозной системы с максимальной для данных условий интенсивностью. Количество экстренных торможений составляет 5…10% от общего числа торможений.

Служебное торможение применяют для плавного снижения скорости автомобиля или остановки в заранее намеченном мес

Оценочные показатели.

Существующими стандартами ГОСТ 22895-77, ГОСТ 25478-91 предусмотрены следующие показатели тормозных свойств автомобиля:

j уст. – установившееся замедление при постоянном усилии на педаль;

S т – путь, проходимый от момента нажатия на педаль до остановки (остановочный путь);

t ср – время срабатывания – от нажатия на педаль до достижения j уст. ;

Σ Р тор. – суммарная тормозная сила.

– удельная тормозная сила;

– коэффициент неравномерности тормозных сил;

Установившаяся скорость на спуске V т.уст. при торможении тормозом – замедлителем;

Максимальный уклон h т max , на котором автомобиль удерживается стояночным тормозом;

Замедление, обеспечиваемое запасной тормозной системой.

Нормативы показателей тормозных свойств АТС, предписываемые стандартом, приведены в таблице. Обозначения категорий АТС:

М – пассажирские: М 1 – легковые автомобиля и автобусы не более 8 мест, М 2 – автобусы более 8 мест и лонной массой до 5 т, М 3 – автобусы полной массой более 5 т;

N – грузовые автомобили и автопоезда: N 1 – полной массой до 3,5 т, N 2 - свыше 3,5 т, N 3 – свыше 12 т;

О – прицепы и полуприцепы: О 1 – полной массой до 0,75 т, О 2 – полной массой до 3,5 т, О 3 – полной массой до 10 т, О 4 – полной массой свыше 10 т.

Нормативные (количественные) значения оценочных показателей для новых (разрабатываемых) автомобилей назначают в соответствии с категориями.