Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Безопасность транспортного средства

Исходные данные

Таблица 1 – Исходные данные УАЗ Патриот

Рабочий объем двигателя, см³	1598
Мощность двигателя (л.с.)	128 (4400 об/мин)


Тип трансмиссии	5 MT
Максимальный крутящий момент, Н*м	217 (2500 об/мин)
Тип привода	передний
Максимальная скорость (км/ч)	150
Разгон 0-100 км/час, с	14,9
Передаточное число I передачи	3,45
Передаточное число II передачи	1,87
Передаточное число III передачи	1,29
Передаточное число VI передачи	0,95
Передаточное число V передачи	0,74
Главная передача	4,5
Расход топлива комбинированный (л/100 км)	12,5
Габариты (длина/ширина/высота), мм	4647/2080/1900
Колесная база, мм	3320

Продолжение таблицы 1

Колея (передняя, задняя), мм	2015/2053
Снаряженная масса, кг	2670

1 Внешняя скоростная характеристика двигателя

Внешняя скоростная характеристика двигателя представляет собою кривые, характеризующие зависимости эффективной мощности, крутящего момента и удельного расхода топлива от частоты вращения (числа оборотов) коленчатого вала двигателя при полной подаче топлива. Характер протекания этих зависимостей оказывает решающее влияние на тягово- скоростные свойства автомобиля.

Для построения внешней скоростной характеристики двигателя автомобиля УАЗ Патриот выпишем параметры двигателя:

максимальная мощность N_{e max}= 128 л.с. (94,1 кВт);

частота вращения коленчатого вала при N_{e
max}׃ n_eN= 4400 об/мин;

максимальный крутящий момент М_{e
max}= 217 Н*м;

частота вращения коленчатого вала при М_{e
max}׃n_e_м= 2500 об/мин.

Величина мощности при М_{e
мax} равна: , (1)

Величина момента при N_{e
мax} равна: , (2)

Имеем две точки для построения зависимостей N_e=f (n_e); М_e=f (n_e).

Между тем для получения кривых этих зависимостей необходимо, как минимум, шесть точек. Эти точки определим, используя способ, предложенный И.М.Лениным, основанный на зависимости между отношением и , приведенным в таблице 1.

В таблице 2 приведены результаты расчетов по определению мощности двигателя при различных оборотах, а также величины крутящих моментов.

Таблица 1- Внешняя скоростная характеристика двигателя УАЗ Патриот

Обороты, мин	880	1760	2640	3520	4400	5280
Мощность, кВт	25,60	64,00	93,44	117,76	128,00	117,76
Момент, Н*м	277,82	347,27	338,01	319,49	277,82	212,99

Рисунок 1- Внешние скоростные характеристики двигателя УАЗ Патриот

2 Тяговый баланс и тяговая диаграмма движения автомобиля

Тяговый баланс и тяговая диаграмма движения автомобиля позволяют аналитически оценить тяговые качества автомобиля, определить влияние различных факторов на силу тяги, развиваемую на его ведущих колесах, установить величину сил сопротивлений движению, возможность преодоления крутых подъемов и различных видов сопротивлений движению.

В общем случае движения автомобиля уравнение тягового баланса имеет следующий вид:

Р_к=Р_f±Р_i±Р_j+Р_w, (3)

где Р_к- сила тяги на ведущих колесах автомобиля;

Р_f- сила сопротивления качению колес;

Р_i- сила сопротивления подъему;

Р_j- сила инерции автомобиля;

Р_w- сила сопротивления воздуха.

Если в уравнение (3) подставить значения силы тяги и сил сопротивления движению, выраженные через определяющие их параметры конструкции автомобиля и характеристики дороги, то получим развернутое уравнение тягового баланса автомобиля:

, (4)

где М_е- эффективный крутящий момент двигателя, Н*м;

и_Т- общее передаточное число трансмиссии автомобиля;

η_Т- механический КПД трансмиссии автомобиля;

r_k- радиус качения колеса, м;

G_a- полная масса автомобиля, Н;

f- коэффициент сопротивления качению колес;

α- угол подъема (спуска) дороги;

δ- коэффициент учета вращающихся масс автомобиля;

g- ускорение силы тяжести, м/с²;

- ускорение (замедление) автомобиля, м/с²;

К- коэффициент сопротивления воздуха, Н*с²/м⁴;

F- лобовая поверхность автомобиля, м²;

V- скорость движения автомобиля, км/ч.

Общее передаточное число трансмиссии автомобиля равно произведению передаточных чисел агрегатов, передающих его крутящий момент.

Для коробки передач: и₁= 3,45; и₂= 1,87; и₃= 1,29; и₄= 0,95; и₅=0,74;

- для главной передачи и_гл= 4,5.

Тогда и_т1= и₁- и_гл= 4,5*3,45=15,53;

и_т2= 4,5*1,87=8,42;

и_т3= 4,5*1,29=5,81;

и_т4= 4,5*0,95=4,28;

и_т5= 4,5*0,74=3,33.

Величина потерь мощности двигателя в трансмиссии на трение в подшипниках, между зубьями шестерен, на взбалтывание и разбрызгивание масла равно отношению мощности N_k на ведущих колесах к мощности двигателя N_е, η_т= N_k/ N_е, или может быть определено как произведение отдельных КПД.

Принимаем КПД трансмиссии η_т=0,85.

Определим зависимость силы тяги от величины момента двигателя для различных передач:

для первой передачи

, (5)

Здесь r_k- радиус качения колеса.

В случае отсутствия табличных значений величины радиуса качения колеса его величина может быть определена из уравнения:

r_k= r_нβ, (6)

где r_ш- радиус шины в свободном состоянии;

β- коэффициент деформации шины, равный 0,93-0,94.

Величина r_ш - подсчитывается исходя из маркировки шин. Для шин, у которых размеры выражены в дюймах,

, (7)

для второй передачи ,

, (8)

для третьей передачи ,

, (9)

для четвертой передачи ,

, (10)

для пятой передачи ,

, (11)

Определим величину силы тяги из уравнений при величине момента двигателя для различных оборотов из таблицы 2 и занесем результат в таблицу 2.

Таблица 2- Данные для построения тяговой диаграммы

N_е, об/мин	880	1760	2640	3520	4400	5280
М_е, Н*м	277,82	347,27	338,01	319,49	277,82	212,99
Р_к1, Н	12224	15280	14873	14058	12224	9372
V₁, км/ч	6	13	19	26	32	39
Р_к2, Н	6629	8286	8065	7623	6629	5082
V₂, км/ч	12	24	36	48	59	71
Р_к3, Н	4573	5716	5564	5259	4573	3506
V₃, км/ч	17	34	51	69	86	103

Продолжение таблицы 2

Р_к4, Н	3370	4212	4100	3875	3370	2584
V₄, км/ч	23	46	70	93	116	139
Р_к5, Н	2623	3278	3191	3016	2623	2011
V₅, км/ч	30	60	90	120	150	180
Р_w3, Н	41	164	369	656	1025	1476
P_к3 - Р_w3, Н	4532	5552	5195	4603	3548	2030
Р_w4, Н	75	301	676	1202	1878	2705
P_к4 - Р_w4, Н	3295	3912	3424	2673	1492	-121
Р_w5, Н	125	498	1121	1994	3115	4486
P_к5 - Р_w5, Н	2498	2780	2069	1022	-493	-2475
Р_f=0,02Н	233	263	312	382	472	582
G_o=24230 Н
Р_f=0,02Н	278	314	373	457	564	695
G_o= 26192Н

Скорость движения автомобиля рассчитывают по формуле , км/ч.

Для первой передачи: км/ч (12)

Для второй передачи: км/ч (13)

Для третьей передачи: км/ч (14)

Для четвертой передачи: км/ч (15)

Для пятой передачи: км/ч (16)

Подставим величину оборотов n_е, определим скорости автомобиля на различных передачах и внесем в таблицу 2.

Определим силу сопротивления воздуха движению автомобиля, приняв из таблицы приложения величину коэффициента обтекаемости К=0,77Нс²/м⁴ и величину лобовой поверхности автомобиля УАЗ Патриот:

F= 0,9*В*Н*= 0,9*2,1*1,9=3,59 м²

где В, Н- габаритная ширина и высота автомобиля.

Подставим полученные значения величин в уравнение

, (17)

и результат расчета занесем в таблицу 3.

Определим разность между силой тяги и сопротивлением воздуха для различных передач, т.е. Р_к.п.-Р_w и занесем в таблицу 2.

На основании данных таблицы 3 построим тяговую диаграмму движения автомобиля. Этот график некоторые авторы называют тяговым балансом или тяговой характеристикой автомобиля.

В нижней части графика строят кривые силы сопротивления качению колес для горизонтального участка дороги (sin α=0) и массы автомобиля УАЗ Патриот без груза и с грузом по уравнению

Р_f= Gf, (19)

Величину коэффициента сопротивления качению примем из таблицы 4 для асфальтобетонной дороги в хорошем состоянии равной 0,02 с учетом дополнительных потерь энергии при движении по дороге с малыми радиусами кривых в плане.

Рисунок 2- Тяговая диаграмма движения автомобиля УАЗ Патриот

Увеличение скорости движения автомобиля сверх 60 км/ч приводит к увеличению коэффициента сопротивления качению до

Р_f=f₀ (1+AV²), (20)

где f₀=f, из таблицы 4;

А=5*10^-5.

Результаты определения величины Р_f занесем в таблицу 2.

Ординаты, заключенные между кривыми Р_к -Р_wи кривой Р_f, характеризуют запас силы сопротивления подъему Р_i , силы инерции Р_j при

разгоне, возрастающей силы сопротивления качению при увеличении нагрузки автомобиля, для буксирования прицепа.

Наибольший запас силы тяги на первой и второй передачах. Величину запаса при движении на первой передаче со скоростью 9,2 км/ч определим из таблицы 2:

ΔР=Р_к1-Р_f= 12224-233=11991 H.

При движении с полной весовой нагрузкой величина силы сопротивления качению существенно увеличится до Р_f=233 Н.

3 Динамический фактор и динамическая характеристика автомобиля УАЗ Патриот.

Динамический фактор является обобщающим показателем, позволяющим оценить тяговые свойства автомобиля и различные типы конструкций автомобилей.

Динамический фактор представляет собой удельную остаточную силу тяги автомобиля:

D=(Р_k – Р_w)/G_a , (22)

Взяв из таблицы 3 значение Р_k, а при скорости более 25 км/ч значение Р_k – Р_w, и разделив на массу автомобиля с грузом, результат занесем в таблицу 6 и построим динамическую характеристику с учетом зависимости скорости движения от оборотов двигателя (по передачам).

Таблица 3 – Данные для построения динамической характеристики автомобиля УАЗ Патриот с полной нагрузкой (G_a=26192 Н)

nе, об/мин	880	1760	2640	3520	4400	5280
D₁	0,97	1,21	1,18	1,11	0,97	0,74
D₂	0,53	0,66	0,64	0,60	0,53	0,40
D₃	0,36	0,44	0,41	0,36	0,28	0,16
D₄	0,26	0,31	0,27	0,21	0,12	-
D₅	0,20	0,22	0,16	0,08	-	-

Рисунок 3- Динамическая характеристика автомобиля УАЗ Патриот при переменной нагрузке

4 Показатели разгона автомобиля

При построении графика зависимости ускорений от скорости движения автомобиля используют уравнение:

dV/dt=g*(D – ψ)/δ, (23)

Принимая ψ≈f=0,02 и подставляя значение δ и из уравнения получаем расчетное выражение:

dV/dt=9,81*(D – 0,02)/(1,03+0,05и_к²), (24)

Результаты подсчетов сведены в таблицы 8 и на рисунке 5.

Таблица 4 – Данные для построения графика ускорений автомобиля УАЗ Патриот

V₁, км/ч	6,42	12,85	19,27	25,70	32,12	38,54
j₁, м/с²	5,72	7,19	6,99	6,60	5,72	4,36
V₂, км/ч	11,88	23,76	35,64	47,52	59,40	71,28
j₂, м/с²	4,11	5,18	5,04	4,75	4,11	3,11
V₃, км/ч	17,16	34,32	51,48	68,64	85,80	102,96
j₃, м/с²	2,99	3,70	3,45	3,04	2,30	1,24
V₄, км/ч	23,23	46,46	69,70	92,93	116,16	139,39
j₄, м/с²	2,20	2,64	2,29	1,75	0,90	-0,27
V₅, км/ч	29,92	59,84	89,76	119,68	149,60	179,52
j5, м/с²	1,62	1,83	1,31	0,56	-0,54	-1,97
1/j₁, с²/м	0,17	0,14	0,14	0,15	0,17	0,23
1/j₂, с²/м	0,24	0,19	0,20	0,21	0,24	0,32
1/j₃, с²/м	0,33	0,27	0,29	0,33	0,43	0,81

Продолжение таблицы 4

1/j₄, с²/м	0,45	0,38	0,44	0,57	1,12	-3,71
1/j₅, с²/м	0,62	0,55	0,76	1,80	-1,86	-0,51

Рисунок 4 – Кривые ускорения автомобиля УАЗ Патриот

5. Устойчивость автомобиля против заноса и опрокидывания

Устойчивость автомобиля одно из его важнейших свойств, характеризующее возможность движения без скольжения (заноса) или опрокидывания. Различают продольную и поперечную устойчивость.

Более вероятна потеря поперечной устойчивости, которая происходит под действием центробежной силы Р_ц

Имеются четыре показателя поперечной устойчивости:

V_ск, V₀- максимальные (критические) скорости движения автомобиля по окружности, соответствующие скольжению или опрокидыванию;

β_ск, β₀- максимальные (критические) углы косогора, на котором возможно скольжение колес или опрокидывание автомобиля.

Если автомобиль движется накатом, то можно принять, что продольные силы в контактах шин с дорогой отсутствуют, и все сцепление используется только в поперечном направлении. Тогда критическую скорость автомобиля по условиям поперечного скольжения шин на дороге без поперечного уклона определяют по формуле:

, км/ч (25)

где R- расстояние от центра поворота до середины заднего моста автомобиля;

φ- коэффициент поперечного сцепления шин с дорогой.

Таблица 5 – критическая скорость при заносе автомобиля.


0,7	20	11,7	0,1	20	4,4
	40	16,6		40	6,3
	60	20,3		60	7,7
	80	23,4		80	8,9
	100	26,2		100	9,9
	120	28,7		120	10,8
	140	31,0		140	11,7
	150	32,1		150	12,1

Рисунок 5 - Схема сил, действующих на автомобиль, при повороте вокруг оси на горизонтальной поверхности

Рисунок 6 -Зависимость критической скорости по скольжению автомобиля от коэффициента сцепления и радиуса поворота

Поперечная устойчивость автомобиля против заноса резко снижается при наличии тяговых или тормозных реакций, а также при резком повороте руля, например, при маневрировании в связи с необходимостью объехать внезапно возникшее препятствие.

Критическую скорость автомобиля по условиям поперечного опрокидывания на дороге без поперечного уклона при повороте рассчитывают по формуле:

(26)

где В- величина колеи автомобиля по передним колесам;

h_ц- высота центра тяжести с полной нагрузкой;

η_кр- коэффициент деформации рессор.


20	11,7
40	16,6
60	20,3
80	23,4
100	26,2
120	28,7
140	31,0
150	32,1

Рисунок 7- Зависимость критической скорости по условиям поперечного опрокидывания автомобиля от радиуса поворота

Критический угол косогора по условиям опрокидывания

β_о=arctq (В/2h_ц), (27)

При движении автомобиля на повороте с постоянным радиусом и скоростью, накатом, по дороге с поперечным уклоном, содействующим устойчивости автомобиля, критическая скорость определяется по формуле:

Безопасность транспортного средства 📙 Курсовая → 🆔 36431