Расчет тягово-динамических параметров автомобиля (РГР)

  1. Расчет тягово-динамических параметров автомобиля (РГР)

    1.  Выбор основных параметров

В ходе выполнение расчетно-графической  работы выбирается и рассчитывается ряд параметров проектируемого автотранспорта средства и составляется таблица 1 основных параметров автомобиля УАЗ 3153.

Таблица 1

Основные параметры УАЗ 3153

Параметры

Обозначение

Размерность

Значение

Полная масса 

  

кг

2600

Грузоподъемность

  

кг

800

Двигатель УМЗ-4218, 2.9 л

      

Максимальный крутящий момент

  

Н*м

250

Угловая частота вращение коленвала двигателя при максимальном крутящем моменте

  

рад/с

(об/мин)

2000

Максимальная мощность двигателя

  

кВт(л.с)

105(98.0

Угловая частота вращения коленвала двигателя при максимальной мощности

  

рад/с

(об/мин)

4400

Коробка передач

      

Передаточные числа КПП:

I

II

III

IV

 

 

 

 

 

-

-

-

-

 

4,12

2,64

1,98

1

Передаточное число главной  передачи

  

-

4,63

Максимальная скорость

 

км/ч

120

КПД трансмиссии

  

-

0,91

Коэффициент обтекаемости

  

Н*/м

0,25

Габаритные размеры:

высота

ширина

длина

 

h

B

l

 

мм

мм

мм

 

2025

2010

4514


 

    1. Построение внешней скоростной характеристики двигателя

Внешняя скоростная характеристика двигателя имеет следующие характерные точки

  1. – минимально устойчивая угловая частота вращения коленвала двигателя, рад/с;

 

  1.  рад/с - угловая частота вращение коленвала двигателя, соответствующую максимальному крутящему моменту;
  2. =4400 рад/с - угловая частота вращение коленвала двигателя, соответствующая максимальной момощности;
  3. – угловая частота вращение коленвала двигателя, при которой срабатывает ограничитель или регулятор (дизель) частоты вращения коленвала двигателя рад/с

.

Текущее значение мощности определяется по формуле:

,

где – значение мощности двигателя при заданной угловой частоте вращения двигателя , кВт; – максимальная мощность, кВт; – угловая частота вращения коленвала двигателя, рад/с; – обороты вращения коленвала при максимальной мощности, рад/с; – постоянные коэффициенты, зависящие от конструкции двигателя.

Двигатель УМЗ – 4218 снабжен регулятором частоты вращения коленвала двигателя, поэтому коэффициенты вычисляются по формулам

;

, Н*м;

%;

;

;

;

проверяя, получим – расчеты проведены верно.

Тяговая мощность определяется по формуле

,

где - трансмиссии (табл. 1). Расчитанные значения мощности записываем в таблицу 2.

                                                                                                Таблица 2

Данные для построения внешней скоростной характеристики

 

рад/с

92

104

157

209

314

387

419

461

об/мин

880

1000

1500

2000

3000

3700

4000

4400

 

кВт

22,61

25,80

39,16

52,41

77,40

92,61

98,32

105,00

л.с

49,1

57,1

91,6

124,7

171,3

174,4

165,1

140,8

 

Н*м

245,79

248,08

249,41

250,78

246,50

239,32

234,65

227,77

 

кВт

20,58

23,48

35,63

47,70

70,43

84,28

89,47

95,55


 

По результатам расчетов (табл.2) строим графики , , (рис 1).

    1. Построение лучевой диаграммы

Диограмму строят исходя из условия

;

где – частота вращения коленвала двигателя, рад/с; – радиус качение колеса; – передаточное число передачи; – передаточное число главной передачи.

Кинематический радиус определяют при условии максимальной скорости автомобиля и номинальных оборотах двигателя на высшей передаче в метрах:

;

 

Расчет скорости при  рад/с на четвертой(прямой) передаче:

;

Таблица 3

Результаты расчета лучевой  диаграммы

Передача

1

2

3

4

 

4,12

2,64

1,58

1,00

 

4,63

,рад/с

4400

,м

0,035

,км/ч

29

45

76

120


 

По результатам расчетов (табл.3) строим лучевую диаграмму(рис.2).

    1. Построение тяговой характеристики автомобиля

Тяговая характеристика или  мощностной баланс показывает распределение мощности на всех передачах по отдельным видам сопротивлений

, кВт;

где – мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивление воздуха, кВт; – мощность, затрачиваемая на преодоление суммарного дорожного сопротивление, кВт; - мощность, затрачиваемая на преодоление инерции, кВт; – потери мощности в трансмиссии, кВт.

Разность между мощностью  двигателя и мощностью на ведущих  колесах представляет собой мощность механических потерь (табл.4).

Потери мощности на преодоление  сопротивления воздуха определяем по формуле

кВт;

где =0,25 – коэффициент обтекаемости; – скорость, м/с; – лобовое сечение автомобиля, .

, .

Расчет мощности сопротивления  воздуха при скорости v= 29 км/ч

 кВт; 

значение – при различных скоростях  заносим в таблицу 5.

Величину мощности суммарного дорожного сопротивления можно  найти по формуле

 

где – полный вес транспортного средства, кг; – скорость транспортного средства, м/с; – суммарный коэффициент дорожного сопротивления; –коэффициент сопротивления подъему (при построении мощностного баланса принимаем , т.к. рассматриваем движение по горизонтальному участку дороги); – коэффициент сопротивления качению.

;

 где – коэффициент сопротивления качению определяется по формуле

 

;

*g Н.

 

Таким образом,

кВт.

Значение – при различных скоростях заносим в таблицу 5.

В таблице 5 дополнительно  рассчитываем суммарные потери мощности на преодоление сопротивления воздуха и дорожных сопротивлений.

Таблица 4

Результаты расчета мощностного  баланса

   

,рад/с

92

104

157

209

314

387

419

461

I

4,12

, км/ч

6

7

10

13

20

24

26

29

, кВт

22,61

25,80

39,16

52,41

77,40

92,61

98,32

105,00

, кВт

20,58

23,48

35,63

47,70

70,43

84,28

89,47

95,55

II

2,64

, км/ч

9

10

15

21

31

38

41

45

, кВт

22,61

25,80

39,16

52,41

77,40

92,61

98,32

105,00

, кВт

20,58

23,48

35,63

47,70

70,43

84,28

89,47

95,55

III

1,58

, км/ч

15

17

26

35

52

64

69

76

, кВт

22,61

25,80

39,16

52,41

77,40

92,61

98,32

105,00

, кВт

20,58

23,48

35,63

47,70

70,43

84,28

89,47

95,55

IV

1

, км/ч

24

27

41

55

82

101

109

120

, кВт

22,61

25,80

39,16

52,41

77,40

92,61

98,32

105,00

, кВт

20,58

23,48

35,63

47,70

70,43

84,28

89,47

95,55


 

Таблица 5

Результаты  расчета мощностного  баланс

, км/ч

29

45

76

120

,кВт

3,374

5,427

9,887

18,641

,кВт

0,432

1,641

7,653

30,185

,кВт

3,805

7,067

17,540

48,827


 

По результатам расчетов (табл.4) и (табл.5) строим график мощностного баланса (рис 3.).

    1. Построение графика силового баланса

Силовой баланс показывает распределение полной окружной силы на ведущих колесах по отдельным  видам сопротивлений

, Н;

где - сила сопротивления воздуха, Н; - сила суммарного дорожного сопротивления, Н; - сила сопротивления инерция, Н.

Полная окружная сила на всех передачах определяется по формуле

, Н.

Расчет полной окружной силы для движения на первой передаче = 4,12 при =92 рад/с.

 Н.

Сила суммарного дорожного  сопротивления определяется по формуле

, Н.

где =25506 Н - полный вес автомобиля; - коэффициент сопротивления качению; – коэффициент сопротивления подъёму (горизонтальной участок дороги).

Расчет силы суммарного дорожного  сопротивления при  км/ч:

 Н.

Силу сопротивления воздуха  находят по формуле

, Н;

где – коэффициент обтекаемости; – скорость автомобиля, м/с; м2 – площадь поперечного сечения.

Расчет силы сопротивления  воздуха при  км/ч:

 Н.

Расчетные значения сил , , , заносим в табл.6.

Максимально возможная скорость автомобиля определяется точкой пересечения графика для 4 – ой передачи с кривой суммарного сопротивления.

Таблица 6

Результаты расчета силового баланса

, км/ч

29

45

76

120

, Н

417,00

429,78

468,64

559,24

, Н

53,35

129,93

362,74

905,56

, Н

470,35

559,71

831,39

1464,80


 

Таблица 7

   

,рад/с

92

104

157

209

314

387

419

461

I

4,12

, км/ч

6

7

10

13

20

24

26

29

, Н

121640,7

122771,1

123431,6

124110,1

121989,2

118435,7

116126,8

112720

II

2,64

, км/ч

9

10

15

21

31

38

41

45

, Н

77944,55

78668,89

79092,12

79526,86

78167,81

75890,81

74411,33

72228,34

III

1,58

, км/ч

15

17

26

35

52

64

69

76

, Н

46648,63

47082,14

47335,44

47595,62

46782,25

45419,5

44534,05

43227,57

IV

1

, км/ч

24

27

41

55

82

101

109

120

, Н

29524,45

29798,82

29959,14

30123,81

29609,02

28746,52

28186,11

27359,22


 

По данным таблиц 6 и 7 строим график силового баланса (рис.4).

    1. Построение динамической характеристики автомобиля

Динамический фактор определяется по формуле

,

где – полная окружная сила, Н; – сила сопротивление воздуха, Н; – свободная сила тяги, Н; – суммарная нормальная опорная реакция всех колес автомобиля. Полученные значения динамического фактора при определенной скорости автомобиля заносим в таблицу 8.

Расчет значение динамического  фактора ведем для , рад/с, = 6 км/ч. Определяем по лучевой диаграмме скорость автомобиля, затем по графику силового баланса находим значение = 121232,29 Н, тогда

 

 

Расчет коэффициента сопротивления  качения  при = 29 км/ч

.

Расчетные значение заносим в таблицу 9.

 

Таблица 8

Результаты расчета динамического  фактора

   

,рад/с

92

104

157

209

314

387

419

461

I

4,12

, км/ч

6

7

10

13

20

24

26

29

 

4,75

4,80

4,82

4,85

4,77

4,63

4,54

4,40

II

2,64

, км/ч

9

10

15

21

31

38

41

45

 

3,04

3,07

3,08

3,10

3,05

2,96

2,90

2,81

III

1,58

, км/ч

15

17

26

35

52

64

69

76

 

1,81

1,83

1,84

1,85

1,82

1,76

1,73

1,68

IV

1

, км/ч

24

27

41

55

82

101

109

120

 

1,14

1,15

1,16

1,16

1,14

1,11

1,08

1,05


Таблица 9

Результаты расчета коэффициента сопротивления качения

, км/ч

29

45

76

120

 

0,02052

0,02702

0,04676

0,09280


По данным табл.9 строим график (рис.5), где пересечение кривой с кривой даст максимальную скорость автомобиля.

    1. Определение ускорения автомобиля

Величину ускорение можно  определить по формуле

, м/с2

где величину можно определить по динамической характеристике, где – ускорение свободного падения, м/с2; - коэффициент учета вращающихся масс, его величину определяют по эмпирической формуле

Расчет на первой передаче

Расчет ускорения автомобиля на первой передаче при рад/с. Находим  значение по графику динамической характеристике при скорости, соответствующей рад/с

, м/с2;

где величину можно определить по динамической характеристике, , где – ускорение свободного падения, м/с2; – коэффициент учета вращающихся масс, его величину определяют по эмпирической формуле .

Расчет  на первой передачи :

.

Расчет ускорение автомобиля на первой передаче при , рад/с. Находим значение по графику динамической характеристике при скорости , соотвествующей , рад/с

 м/с2.

Расчетные значение на различных передачах заносим в табл.10.

Таблица 10

Результаты расчета ускорения

   

,рад/с

92

104

157

209

314

387

419

461

1,72

4,12

, км/ч

6

7

10

13

20

24

26

29

, м/с2

27,005

27,258

27,404

27,553

27,072

26,271

25,751

24,985

1,32

2,64

, км/ч

9

10

15

21

31

38

41

45

, м/с2

22,468

22,678

22,795

22,914

22,495

21,810

21,369

20,717

1,14

1,58

, км/ч

15

17

26

35

52

64

69

76

, м/с2

15,438

15,581

15,648

15,710

15,362

14,833

14,501

14,011

1,08

1

, км/ч

24

27

41

55

82

101

109

120

, м/с2

10,183

10,272

10,281

10,271

9,894

9,406

9,117

8,692


 

По данным таблицы 10 строим график ускорения (рис.6).

    1. Построение графиков обратного ускорения

Время и путь разгона следует  определять графоаналитическим методом. Для определения времени разгона строится график величин, обратных ускорений. Поскольку величина, обратная ускорению, при скорости, близкой к максимальной имеет большое значение, построение следует ограничить скоростью.

.

 км/ч.

Поданным таблицам 10 считаем  значения обратных ускорений , с2/м; и заносим их в таблицу 11.

Таблица 11.

Результаты расчёта обратного  ускорения.

   

,рад/с

92

104

157

209

314

387

419

461

1,72

4,12

, км/ч

8

11

16

20

21

23

7

8

1/, м/с2

0,036

0,036

0,037

0,038

0,039

0,040

0,045

0,044

1,32

2,64

, км/ч

12

17

25

31

33

36

12

14

1/, м/с2

0,044

0,044

0,044

0,046

0,047

0,048

0,065

0,064

1,14

1,58

, км/ч

21

28

41

51

55

61

19

22

1/, м/с2

0,064

0,064

0,065

0,067

0,069

0,071

0,098

0,097

1,08

1

, км/ч

33

44

65

81

87

96

–

–

1/, м/с2

0,097

0,097

0,100

0,104

0,107

0,112

–

–


 

По данным таблицы 11 аналогично графику ускорений (рис.6) строится

График обратных ускорений (рис.7).

 

    1.  Определение времени и пути разгона автомобиля

Для определения времени  разгон график обратных ускорений разбивают на ряд интервалов скоростей, в каждом из которых определятся площадь,         

заключённая между кривой величин обратных ускорению и осью абсцисс – это площадь времени движения.

          Время движения на каждом участке  определятся по формуле

,c;

где – порядковый номер интервала ; – площадь , заключённая между кривой и осью абсцисс ,; – масштабный коэффициент скорости , показывающий на графике 1/ количество мм в 1 с2/м; – масштабный коэффициент скорости, показывающий на графике скорости количество мм в м/с.

,

.

Расчётные значения времени  разгона на различных интервалах заносим в таблицу 12 , а на графике (рис.8) время разгона откладывается нарастающим итогом.

Таблица 12

Результаты расчёта времен разгона

Интервал

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

,мм2

198

216

228

234

252

276

300

330

372

390

390

450

546

600

630

198

, с

0,99

1,08

1,14

1,17

1,26

1,38

1,5

1,65

1,86

1,95

1,95

2,25

2,73

3

3,15

0,99

Расчет тягово-динамических параметров автомобиля (РГР)