Расчетно-графический анализ тягово-скоростных свойств автомобиля ВАЗ -21083

Министерство образования  Украины

Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет

Кафедра автомобилей

Курсовая  работа

Расчетно-графический анализ тягово-скоростных свойств автомобиля ВАЗ -21083

Выполнил:студент гр.А-33  

Бесчастнов П.С.

                                                       Проверил: Писарев В.П.

Харьков 2003

Введение

         Различные виды подвижного состава  автомобильного транспорта –  одиночные автомобили, седельные  и прицепные автопоезда объединяются  понятием “автотранспортные средства”/АТС/. Общим для них служат колесные движители и опорные оси в различных комбинациях. В связи с этим взаимодействие АТС с дорогой и окружающей средой базируется на тех же основных закономерностях, что и для одиночного автомобиля.

         Эффективность использования АТС  в различных условиях эксплуатации  определяется комплексом их потенциальных  эксплуатационных свойств – тягово-скоростных, тормозных, проходимости, топливной  экономичности, устойчивости и  управляемости, комфортабельности плавности хода. На эти эксплуатационные свойства влияют основные параметры автомобиля и его узлов, прежде всего двигателя, трансмиссии и колес, а также характеристики дороги и условий движения.

         При выполнении курсовой работы  оценивалась взаимосвязь и взаимозависимость совместного влияния конструктивных параметров автомобиля и условий движения на эксплуатационные свойства. При анализе тягово-скоростных свойств автомобиля ВАЗ – 21083 выполняются необходимые расчеты на основании конкретных технических данных, строятся графики и по ним анализируются тягово-скоростные свойства.

Исходные данные для  расчета

1.Построение внешней скоростной  характеристики двигателя

Для построения внешней скоростной характеристики поршневого двигателя  внутреннего сгорания используют эмпирическую формулу, позволяющую по известным  координатам одной точки скоростной характеристики (Ne_max и n_N) воспроизвести всю кривую мощности:

где Ne, кВт – текущее значение мощности двигателя, соответствующее частоте вращения вала двигателя  n, об/мин; Ne_max , кВт – максимальная мощность двигателя внутреннего сгорания при частоте вращения n_N  , об/мин; A₁,A₂ – эмпирические коэффициенты, характеризующие тип двигателя внутреннего сгорания. 

Значения эмпирических коэффициентов A₁,A₂ принимают для карбюраторных двигателей A₁= A₂ = 1,0.

Для выбора текущего значения n диапазон частоты вращения вала двигателя от минимально устойчивых оборотов n_min до n_N разбивают на произвольное число участков:

Так как у карбюраторного двигателя, не имеющего ограничителя частоты вращения, максимальная частота вращения коленчатого вала n_max при движении автомобиля с максимальной скоростью может на 10-20% превышать частоту n_N , для него берут еще одно значение n после n_N  c тем же интервалом Dn.

Минимальную частоту вращения коленчатого  вала n_min выбирают в пределах 800 об/мин.

 Определив Ne  для принятых значений n, вычисляют соответствующие значения крутящего момента двигателя, Нм:

Результаты расчетов сводят в табл.1 и строят внешнюю скоростную характеристику двигателя N_e=f(n) и M_e=f(n).

                                                                                                                     Таблица 1

Результаты расчетов внешней скоростной характеристики двигателя

2.Построение графиков силового  баланса и динамической характеристики

При построении графиков силового баланса для различных передач и скоростей движения автомобиля рассчитывают значения составляющих уравнения силового баланса:

Тяговое усилие на ведущих колесах  определяют из выражения, Н:

где r_д - динамический радиус колеса, который в нормальных условиях движения принимаем равным r_ст, м. Вторую составляющую силового баланса - силу суммарного дорожного сопротивления определяют по формуле, Н:

где G=gm - полный вес автомобиля, Н; g= 9.8I м/с² - ускорение свободного падения.

В расчетах не учитывается влияние  скорости движения на коэффициент сопротивления качению, в связи c чем полагают Y=const.

Для ВАЗ-21083 G=9,81*1370=13439,7Н, а при заданном Y=0,019   Р=0,019*1370*9,81=255,35 Н.

Сила сопротивления воздуха, Н:

где F - лобовая площадь, м²; v - скорость автомобиля, км/ч.

Лобовая площадь может быть определена по чертежу автомобиля, а при его отсутствии - приближенно по выражению:

где a - коэффициент заполнения площади, для легковых автомобилей a=0,78-0,8. Для ВАЗ - 21083                           F = 0,78*1,65*1,402=1,804 м²

Сила сопротивления разгону, Н:

где d - коэффициент, учитывающий влияние инерции вращающихся масс; j - ускорение автомобиля в поступательном движении, м/с².

При построении и анализе графиков силового баланса величина P_j не рассчитывается, а определяется как разность тягового усилия P_k и суммы сопротивлений движению (P_Y+P_w).

График силового баланса и  все последующие строят в функции  скорости автомобиля v, км/ч, которая связана с частотой вращения вала двигателя n зависимостью:

где r_k - радиус качения колеса, м, равный при отсутствии проскальзывания статическому радиусу r_ст.

Динамический фактор автомобиля D определяется для различных передач и скоростей движения по формуле:

Переменные по скорости величины P_k,P_w и D рассчитывают по формулам, сводят данные расчетов в табл.2 и строят по ним графики силового 6aланca и динамической характеристики.

                                                                                                                 Таблица 2

Результаты расчетов силового баланса и динамической характеристики

3.Оценка показателей разгона  автомобиля

Показатели разгона автомобиля представляют собой графики ускорений, времени и пути разгона в функции скорости.

Ускорение j для разных передач и скоростей определяют по значениям D из табл.2, используя формулу:

где d =1,04 + 0.04 u_ki² предварительно рассчитывается для каждой передачи.

Расчетные данные для построения графика ускорений сводят, в табл.3, где приводятся значения величин, обратных ускорениям 1/j, которые будут использованы при определении времени разгона АТС.

Поскольку при максимальной скорости для автомобиля без ограничителя частоты вращения вала двигателя ускорение j=0, а обратная величина 1/j=¥, построение графика 1/j=f(v) ограничивают последней точкой, примерно соответствующей 0.9v_max. Для ВАЗ - 21083 это ограничение составляет 0,9*156=140 км/ч. Скорости 140 км/ч соответствуют значения j = 0,1761м/с² и 1/j = 5,6786c²/м.

                                                                                                                  Таблица 3

Результаты расчетов ускорений и величин обратных ускорениям

Время разгона получают как интеграл функции

графическим интегрированием функции 1/j=f(v), используя график величин, обратных ускорениям. Для этого площадь под кривыми 1/j=f(v)  в интервале от v_min до 0.9v_max  разбивают на произвольное число участков. Переход с одной передачи на другую выбирают при равных или при наиболее близких значениях j и 1/j.При этом каждый участок будет ограничен частью оси абсцисс, частью кривой зависимости 1/j=f(v)  и ординатами точек этой кривой, соответствующих начальной и конечной скоростям выбранного интервала. Площади этих участков представляют собой в определенном масштабе время разгона в соответствующем интервала скоростей на данной дороге.

Подсчитав площади участков и нарастающую  сумму площадей, вычисляют время  разгона, сводят расчеты в табл.4 и строят график времени разгона.

                                                                                                                    Таблица 4

Результаты расчетов времени разгона 

Путь разгона определяют по аналогии графическим интегрированием функции t=f(v), т.е. подсчетом соответствующих площадей графика времени разгона, поскольку

Методика расчета и построения аналогична предшествующей. Для этого  площадь над кривой t=f(v) в интервале от v_min до 0.9v_max  разбивают на произвольное число участков. Каждый участок ограничен частью оси ординат, частью кривой t=f(v) и абсциссами точек этой кривой, соответствующих начальной и конечной скоростям выбранного интервала. Площади этих участков представляют собой в определенном масштабе путь разгона в соответствующем интервале скоростей на данной дороге

Подсчитав площади участков и нарастающую сумму площадей, вычисляют путь разгона, сводят расчеты в табл.5 и строят график пути разгона.

                                                                                                                    Таблица 5

Результаты расчетов пути разгона

4.График мощностного баланса  автомобиля

Уравнения баланса мощности могут быть выражены через мощность двигателя Ne:

или через мощность на колесах N_k:

где Nr - мощность, теряемая в трансмиссии; N_Y ,Nw - мощность, расходуемая на преодоление соответственно суммарных дорожных сопротивлений и сопротивления воздуха; Nj - мощность, используемая для разгона.

Вначале вычисляют мощность на ведущих  колесах N_k. Эту величину определяют через мощность Ne, развиваемую на коленчатом валу двигателя, с учетом потерь в трансмиссии

Значения мощностей N_Y и Nw рассчитывают с использованием величин P_Y и Pw , взятых из табл.2 для высшей передачи с целью обеспечения всего диапазона скоростей движения автомобиля:

Полученные значения величин N_Y и Nw  суммируют.

Из табл.2 берут также значения скоростей движения автомобиля на всех передачах, соответствующие принятым ранее величинам частоты вращения коленчатого вали двигателя. Данные расчетов сводят в табл.6 и по ним строят график мощностного баланса автомобиля.

На графике мощностного баланса  строят следующие зависимости . мощностей от скорости движения автомобиля: N_e=f(v)  - только для высшей передачи; N_k=f(v)  - для всех передач; N_Y=f(v), N_Y+Nw=f(v).

Мощности Nr и Nj определяются на графике как разности Nr=Ne-Nk, Nj=Nk-(N_Y+Nw).

                                                                                                                    Таблица 6

Результаты расчета составляющих баланса мощности

5.Анализ тягово-скоростных свойств  автомобиля

Из внешней скоростной характеристики двигателя определяют значения максимального  крутящего момента Me_max , частоту вращения коленчатого вала при максимальном крутящем моменте n_M и момент при максимальной мощности M_N. Полученные значения Me_max и n_M сравниваются с реальными данными. По значениям Me_max и M_N можно вычислить коэффициент приспособляемости двигателя

Для ВАЗ - 21083  значение M_emax = 89,872Н*м а M_N =90,3Н*м. Тогда Kпр=0,995

По графику силового баланса определяют максимально  возможную скорость движения автомобиля для заданных дорожных условий. Ее можно  определить также по динамической характеристике, графику ускорений и мощностному балансу автомобиля. При правильном построении указанных зависимостей максимальные значения скорости будут для всех графиков одинаковы. По динамической характеристике автомобиля для каждой передачи определяют максимальное дорожное сопротивление Y_{max i}, которое может преодолеть автомобиль, критическую скорость v_{кр i} и максимальный преодолеваемый продольный уклон дороги i_{max i}.

Максимальный преодолеваемый продольный уклон дороги:

Для большей наглядности полученное значение уклона представляют в процентах.

Для автомобиля ВАЗ - 21083  перечисленные параметры составляют:

v_max = 156 км/ч

Y_max1 = D_max1 =0,3782     v_кр1 =20 км/ч

  Y_max2 =D_max2 =0,205       v_кр2 = 39 км/ч

  Y_max3 =D_max3 =0,143       v_кр3 = 56 км/ч

  Y_max4 =D_max4 =0,089        v_кр4 = 46,4 км/ч

  Y_max5 =D_max5 =0,073        v_кр5 = 44 км/ч

i_max1=0,3782 – 0,10 = 0,2782 = 27,8%;

i_max2=0,205 – 0,10 = 0,105 = 12,8%;

i_max3   = 0,143 – 0,10 = 0,043 =4,3%

i_max4=0,089 – 0,10 =- 0,011 =- 0,1%

i_max5   = 0,073 – 0,10 = -0,027 =-2,7%

По графику ускорений определяется максимальное ускорение j_max для каждой передачи и оптимальные скорости перехода v_пер с одной передачи на другую на данной дороге.

С помощью графиков времени и  пути разгона для принятого дорожного  сопротивления определяют соответственно время и путь разгона автомобиля до скорости 100 км/ч.

Для автомобиля ВАЗ - 21083 :

J_max1 =2,77м/с²   ;            V_{пер 1-2}= 48 км/ч ;

J_max2 =1,53 м/с² ;          V_{пер 2-3}= 87 км/ч ;

J_max3 = 1,08м/с²    ;              V_{пер 3-4}= 112км/ч ;

J_max4 = 0,64м/с²                    ; t₁₀₀ = 18,3 с ;

J_max5 = 0,49м/с²                       ;   S₁₀₀ = 315 м.

Список литературы

        Алекса Н.Н., Алексеенко В.Н., Гредескул А.Б. Теория эксплуатационных свойств автотранспортных средств в примерах и заданиях: Учеб. пособ. –К.:

УМК ВО, 1990. –100 с.