Тягово-динамический расчет автомобиля УАЗ-3741

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

 

ТВЕРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

 

 

 

 

 

Кафедра «Тракторы и автомобили»

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

 

 

«Тягово-динамический расчет автомобиля УАЗ-3741»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

выполнил: студент 24 группы

инженерного факультета Булюкин В.С.

принял: Николаев А.В.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тверь, п. Сахарово – 2014

Содержание

 

Об автомобиле………………………………………………………………..…3

1. Тяговой расчет автомобиля.......................................................................…..4

1.1 Определение полного веса  автомобил………………….….……….……..4 
1.2.   Выбор шин………………………………………………………………....5 
1.3.Определение эффективной мощности двигателя…………………………6 
1.4 Расчет и построение скоростной характеристики двигателя...……..…....7     1.5 Определение передаточного числа главной передачи………………..…..9 
1.6 Определение передаточных чисел в коробке передач.………………..…10 
2. Расчет и построение динамической характеристики автомобиля…..……12

3. Расчет и построение экономической характеристики автомобиля……….15

Заключение……………………………………………………………….……..18 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Об автомобиле

 

 

УАЗ-3741 (в народе называется «Буханка», «Таблетка») — автомобиль, производимый на Ульяновском автомобильном заводе. Двигатель — вариант двигателя ГАЗ-21.

УАЗ-3741 — интегрированный цельнометаллический фургон. УАЗ 3741 (37419) — грузовой, полноприводный, двухосный автомобиль-фургон с тремя боковыми одностворчатыми дверями и двустворчатой дверью задка, с колёсной формулой 4×4. Машина выпускается Ульяновским автозаводом с 1965 года. Из-за внешнего сходства с буханкой хлеба, в народе стал именоваться «Буханка», «Пилюля», военные модификации — «Таблетка», так как их используют медики. Автомобиль производится как в кузовном (вагонном), так и в бортовом варианте ("головастик"). Кузов может быть оснащён боковыми одностворчатыми дверями и двустворчатой дверью сзади (конфигурация дверей зависит от конкретной модификации). В марте 2011 года этому автомобилю провели модернизацию по конкретным моделям: 39625, 3962 и 2206. Были добавлены ABS, гидроусилитель руля, ремни безопасности по стандарту Евро-4, двигатель тоже по стандарту Евро-4.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  1. Тяговой расчет автомобиля

1.1 Определение полного веса  автомобиля

 

Полный вес автомобиля:

                       Ga = G гр + Go + 750 . n + Gб,  Н                                                                                     (1.1)

Gа = 8000 + 16800 + 750 . 2 + 300 = 26600

где:

Gгр – номинальная грузоподъемность, Н;

Gо – собственный вес автомобиля, Н;

750 – вес  одного человека, Н;

n – число мест в салоне (кабине), включая водителя;

Gб – вес багажа (250…300 Н).

     Собственный вес автомобиля слагается  из конструктивного (сухого) веса, веса  топлива, технических жидкостей, запасного  колеса (колес), инструмента, принадлежностей  и технического оборудования.

Допускается определять собственный вес автомобиля по формуле:

Gо = Gгр / kg , Н                                                 (1.2)

где

kg  -  коэффициент использования грузоподъемности.

Рекомендовано принимать следующие значения коэффициента kg  :

для грузовых автомобилей

грузоподъемностью до 3 т          =0,9-0,95

грузоподъемность с 3 до 8 т        =1,0-1,1

грузоподъемностью более 8 т      =1,1-1,25

для легковых автомобилей           =0,2-0,4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.2.   Выбор шин

 

    В общем случае выбор  пневматических шин осуществляют  в соответствии с типом автомобиля, условиями его эксплуатации, нагрузкой  на колесо, руководствуясь соответствующими  ГОСТ.

Нагрузку на  ведущее колесо  определяют по формуле:

 λк∙ Ga / m ,  H                                                              (1.3)

где

λк -  коэффициент нагрузки ведущих колес,

m - число ведущих колес,

Ga -  полный вес автомобиля, Н.

   В данной курсовой работе  допускается принимать тип шин  и их размеры в соответствии  с прототипом автомобиля по  заданию.

   Для  выбранных шин определяют расчетный  радиус качения ведущих колес:      

 

                            rк  = 25,4 ∙10-3∙(0,5∙∙d + λш∙hш) ,  м                              (1.4)

r = 10-3 . 25,4(0,5 . 15 + 0,935 . 8,4) = 10-3 . 25,4(7,5 + 7,854) = 0,389 м.

где

λш - коэффициент деформации шины (при ориентировочных расчетах можно при          нять равным 0,93…0,935),

d - диаметр обода колеса, дюйм,

hш – высота профиля покрышки, дюйм.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.3.Определение  эффективной мощности двигателя.

 

   Потребную мощность двигателя, необходимую для равномерного  движения полностью груженого  автомобиля с установившейся  максимальной скоростью в заданных  дорожных условиях, определяют по  формуле:

 

, кВт                           (1.5)

Здесь:

V max -  максимальная скорость движения автомобиля, км/ч

ηтр - к.п.д. трансмиссии

kw -  приведенный коэффициент сопротивления воздуха (коэффициент       обтекаемости), H∙c2/м4,

Fw -  площадь лобового сопротивления (миделево сечение), м2,

Ga -  полный вес автомобиля, Н

ψ -  коэффициент дорожного сопротивления.

   При расчетах принимают  следующие значения коэффициента  сопротивления воздуха kw:

Автомобили:                      

Легковые                                0,15…0,35

Грузовые                                0,5…0,7

Автобусы                               0,25…0,4

Автопоезда                            0,55…0,95

Площадь лобового сопротивления:

 

Fw = αз∙Н∙В , м2                                          (1.6)

Fw = 2,044 . 2,070 . 0,8 = 3,38 м2.

где

αз - коэффициент заполнения площади,

Н – габаритная высота автомобиля, м

В – габаритная ширина автомобиля, м

Можно принимать следующие значения коэффициента  αз:

Для легковых автомобилей         0,78…0,80,

Для грузовых автомобилей         0,80…0,90.

КПД трансмиссии равен произведению КПД механизмов,входящих в ее состав:

 

ηтр =ηк  ηкар  ηг  ,                                                                (1.7)

ηтр = 0,98 . 0,97 . 0,96 = 0,92

   где ηк , ηкар , ηг – КПД соответственно коробки передач, карданной передачи и главной передачи.

   При  расчетах принимают следующие  значения КПД механизмов:

Коробка передач:

  прямая  передача …………………………..0,98…0,99

  понижающая  (повышающая) передача ….0,94…0,96

Карданная передача ………………………...0,97…0,98

Главная передача:

  одинарная…………………………………. 0,96…0,97

  двойная  …………………………………….0,92…0,94

 

Nv = (110/ (3600 . 0,92)) . (26600 . 0,04 . (20449/12,96) = 87 кВт.

1.4 Расчет и построение скоростной  характеристики двигателя

 

   Для  выполнения полного расчета необходимо  построить внешнюю скоростную  характеристику двигателя, для чего  определяют максимальную мощность Nmax и ее текущие значения Nei при различных величинах частоты вращения коленчатого вала.

   Максимальную  мощность двигателя подсчитывают  по формуле:

                                                 (1.8)

где (С1; С2; С3 – эмпирические коэффициенты,

Для карбюраторных двигателей  С1=С2=С3=1

Для дизелей  С1=0,53      С2=1,56        С3=1,09

λ = nv / nN ,                                                           (1.9)

 

где: nv - частота вращения вала двигателя при максимальной скорости движения автомобиля, мин-1

nN -частота вращения вала двигателя при номинальной (максимальной) мощности двигателя, мин-1(выбирают по двигателю-прототипу).

λ = 4000/4000 = 1

Для бензиновых двигателей λ = 1,05…1,1

Для дизелей и бензиновых двигателей с ограничителем частоты вращения λ = 1.

Характеристика строится в интервале частот вращения от nmin=500 мин-1 (дизель), 1000 мин-1 (бензин) до nv.

N max = 87/(1* 1.05 + 1* 1.05 2 + 1* 1.05 3) =87.4 кВт.

 

   Текущие значения мощности определяют по формуле:

 

                   ,                         (1.10)

                                                                                                 

где nei - произвольное, в пределах рабочей зоны, значение частоты вращения вала двигателя, мин-1.

   Значения эффективного крутящего момента Ме определяются при тех же значениях частоты вращения коленчатого вала по формуле: 

 

                                         ,  Н∙м                                              (1.11)  

                                                                                                 

Эффективный удельный расход топлива определяют по формуле:                           

 

                                  , г/кВт∙ч                     (1.12)           

 gN  -  эффективный удельный расход топлива на номинальном режиме (при Ne max) (принимают по заданию), г/квт.ч,

  gei -   эффективный удельный расход топлива при Nei, г/квт.ч.

  d -  эмпирический коэффициент, зависящий от типа двигателя.

   Для бензиновых двигателей d = 1,2; для дизелей d = 1,55.

  При построении внешней скоростной характеристики двигателя по оси абсцисс откладывают как частоту вращения вала двигателя, так и скорость автомобиля на высшей передаче,  используя формулу коэффициента оборотности  ηо :

                                       ηо = nv / Vmax                                                      (1.13)

   Рассчитанное значение ηо   одинаково во всем диапазоне частоты вращения вала двигателя и скорости движения  автомобиля для конкретной передачи.

   Используя формулу (1.13) можно по известным значениям скорости движения автомобиля определить для конкретной передачи соответствующую частоту вращения вала двигателя и наоборот.

   Построение внешней характеристики двигателя проводят в следующей последовательности:

  1. Определяют по формулам (1.5) и (1.8) значения Nv и Nmax

2.        Произвольно, в пределах рабочей  зоны, через равные промежутки, выбирают  значения  nei (6-8 значений). В эти значения должны входить nv, nN и nmax.

3. Для  выбранных значений   nei     определяют  скорости движения    (используя формулу 1.13), а по формулам (1.10), (1.11), (1.12) определяют величины Nei, Mei, gei.

   Результаты расчетов заносят в таблицу 1.1 и по ним строят внешнюю скоростную характеристику двигателя.

Таблица 1.1

 

№

 

n , мин-1

 

Nе , кВт

 

Mе , H∙м

 

ge, г/кВт∙ч

1

1000

26

248

293

2

1500

40,5

258

271

3

2000

54,5

260

259

4

2500

67,8

258

259

5

3000

77,8

247

262

6

3500

84

229

281

7

4000

87,5

209

290

8

4200

87

185

305


 

   На регуляторной ветви характеристики дизеля принимают изменения мощности Ne , крутящего момента   Me   по закону прямой линии.

   При этом частоту вращения на холостом ходу, когда Ne = 0 , определяют из выражения:

                                          nmax=nN∙(1,07…1,08)                                            (1.14)

         1.5 Определение передаточного числа главной передачи.

 

   Передаточное число главной  передачи существенно влияет  на тягово-динамические и экономические  показатели автомобиля, его определяют  по формуле:

                                                         (1.15)

где

 iк -   передаточное число коробки передач на высшей передаче.

   Если наивысшая передача  прямая, то iк = 1, если имеет место ускоряющая передача, то iк = 0,5…0,8.

    Для полноприводных, специальных, сельскохозяйственных автомобилей и автобусов iо увеличивают на 10…20% по сравнению с базовой моделью с целью обеспечения запаса мощности двигателя для преодоления дополнительных сопротивлений, часто встречающихся на тяжелых дорогах.

   Для маломонтажных автомобилей и при ограниченной мощности двигателя iо также повышают на 8…10%.

   Рассчитанное передаточное  число главной передачи с учетом  указанных условий следует сопоставить  с величиной iо автомобиля-прототипа.

io = (0.377 * 4200 * 0.389)/(1 * 110) = 5.59

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

         1.6 Определение передаточных чисел в коробке передач.

 

   Вначале определяют передаточное число коробки передач на первой передаче  iк1, при этом передаточное число должно удовлетворять следующим условиям:

  • обеспечить преодоление заданного максимального дорожного сопротивления,
  • обеспечить реализацию касательной силы тяги при передаче максимального крутящего момента двигателя по сцеплению.

Первое условие будет выполнено, если максимальная касательная сила будет равна

                                     (1.16)

откуда

                                                         (1.17)

ik1 = (29800 * 0.08 * 0.389)/(260 * 5.59 * 0.92) = 0.69

      Второе условие будет обеспечено, если

 

                                       (1.18)

откуда

                                                         (1.19)

ik1 = (1 * 29800 * 0.8 * 0.389)/(260 * 5.59 * 0.92) = 6.9

 

где  G -    вес автомобиля, Н

ψmax -  (заданный) коэффициент дорожного сопротивления,

rк - радиус качения ведущего колеса, м

λ - коэффициент нагрузки ведущих колес ( = 0,75),

φmax -  коэффициент сцепления ведущих колес с опорным основанием (дорогой),  ηтр - КПД     трансмиссии.

 iк1 < 6.9

iк1 = 4.625

   Таким образом, передаточное число первой ступени коробки передач должно лежать в пределах, обусловливающих преодоление автомобилм максимального дорожного сопротивления и отсутствие буксования ведущих колес.

   Общее передаточное число трансмиссии на первой передаче равно

                             iтр1 = io∙ iк1                                                       (1.20)             

iтр1 = 5.59 * 4.625 = 25.85

 

   Передаточные числа промежуточных передач КПП определяют из условия распределения их по закону геометрической прогрессии, для которого справедливы следующие соотношения:

 

                                    (1.21)

откуда

; ; или

           Знаменатель геометрической прогрессии  определяется из выражения 

 

                                                                                                                  (1.22)

  где  z - число передач,

  iкпz - передаточное число на высшей передаче.

  Если  высшая передача прямая      iкпz=1 , то

 

                                                                                                                   (1.23)

g = = 1.66

Таким образом могут быть найдены передаточные числа коробки передач на всех передачах.

iк2 = 4.625/1.66 = 2.78

iк3 = 2.78/1.66 = 1.67

iк3 = 1.67/1.66 = 1

Зная передаточные числа коробки передач и главной передачи, определяют передаточные числа трансмиссии по формуле:                                 

                                             iтрi = iкi∙io

                               iтр2 = 2.78 * 5.59 = 15.54

                                iтр3 = 1.67 * 5.59 = 9.34

                                iтр4 = 1 * 5.59 = 5.59

После этого определяют скорость движения автомобиля по передачам, используя выражение

 

                                             , км/ч                         (1.24)                                                 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

     2. Расчет и построение

динамической характеристики автомобиля

 

   Динамической характеристикой называют графическую зависимость динамического фактора от скорости движения автомобиля на различных передачах.

   Динамический фактор представляет собой отношение избыточной касательной силы тяги к весу автомобиля

 

 

                                                                     (2.1)

 

   Таким образом величина динамического фактора зависит от характера протекания кривой крутящего момента двигателя  Мк , передаточного числа трансмиссии iтр , скорости движения автомобиля  V , и его веса Ga.

    Для получения данных, необходимых для построения теоретической динамической характеристики автомобиля, проводят расчеты в следующей последовательности:

   1. Принимают выбранные при построении скоростной характеристики двигателя значения частот вращения коленчатого вала – nei.

   2. Для этих значений частоты вращения коленчатого вала подсчитывают величины скоростей движения автомобиля на каждой передаче по формуле (1.24) и величины касательных сил тяги по формуле:

 

                                                      , H                                        (2.2)

   Величину  Mкi при каждом значении частоты вращения коленчатого вала определяют по ранее построенной внешней скоростной характеристике двигателя (рис.1.1).

   3.     Подсчитывают  значения силы сопротивления  воздуху

                                                        , H                                           (2.3)   

  

 

 

 

 

 

 

 Полученные в результате  расчета данные заносят в таблицу:

Таблица 2.1

Передача

Расчет.

точка

n.

мин-1

V.

км/ч

Мк,

Н∙м

Рк,

Н

Рw,

Н

D

І

1

1000

5.67

260.3

15797.73

3.67

0.44

2

1500

8.51

293.5

17812.65

8.27

0.49

3

2000

11.34

280.5

17023.68

14.69

0.47

4

2500

14.18

280.1

16999.40

25.02

0.47

5

3000

17.01

266.3

16161.87

33.05

0.44

6

3500

19.85

246.3

14941.99

45.01

0.41

7

4000

22.69

224.4

13618.94

58.81

0.37

II

1

1000

9.47

260.3

9456.12

10.24

0.26

2

1500

14.21

293.5

10662.21

23.07

0.29

3

2000

18.95

280.5

10189.94

41.02

0.28

4

2500

23.69

280.1

10175.41

61.11

0.28

5

3000

28.42

266.3

9674.09

92.26

0.26

6

3500

33.16

246.3

8943.90

125.61

0.24

7

4000

37.89

224.4

8151.96

163.99

0.22

III

1

1000

15.81

260.3

5666.17

28.55

0.16

2

1500

23.87

293.5

6388.86

64.27

0.17

3

2000

31.62

280.5

6105.88

114.21

0.17

4

2500

39.53

280.1

6097.17

179.22

0.16

5

3000

47.44

266.3

5796.78

257.08

0.15

6

3500

55.34

246.3

5359.24

349.83

0.14

7

4000

63.25

224.4

4884.70

465.99

0.12

IV

1

1000

26.24

260.3

3414.71

78.62

0.09

2

1500

39.36

293.5

3850.24

176.97

0.10

3

2000

52.48

280.5

3679.70

314.61

0.09

4

2500

65.61

280.1

3674.45

491.73

0.09

5

3000

78.71

266.3

3493.42

707.69

0.08

6

3500

91.83

246.3

3229.74

963.28

0.06

7

4000

104.95

224.4

2943.76

1258.21

0.05


 

 

 

 

.

 

 

 

     3.   Расчет и построение

экономической характеристики автомобиля

 

   Топливную экономичность автомобиля принято оценивать расходом топлива в литрах на 100 км пройденного пути.

    Для лучшего представления об экономичности автомобиля строят графики, показывающие зависимость расхода топлива автомобиля на 100 км пробега от скорости движения  для различных дорожных условий. Такую графическую зависимость  называют экономической характеристикой автомобиля.

    Теоретическую экономическую характеристику строят для условий равномерного прямолинейного движения автомобиля. В курсовой работе принимают движение автомобиля на дороге, характеризующейся приведенным коэффициентом дорожного сопротивления движению с полной нагрузкой на прямой передаче.

    Расчет показателей  для построения экономической характеристики автомобиля производят в следующей последовательности:

1. Для  данных, используемых при расчете  и построении внешней скоростной  характеристики двигателя, определяют  скорость движения автомобиля  на прямой передаче по формуле

                                                      (3.1)

2. Мощность  двигателя Nеi потребная для движения в заданных дорожных условиях, определяемых коэффициентом ψ, определяют по ранее приведенной формуле

 

         

3. Удельный  расход топлива gei является величиной переменной, зависящей от скоростного и нагрузочного режимов двигателя, и может быть определен из уравнения

 

,                                     (3.3)

где  gе(Nemax) - удельный расход топлива при максимальной мощности двигателя (определяется по внешней скоростной характеристики двигателя),

     kn’- коэффициент, учитывающий влияние на величину gei скоростного режима работы двигателя,

     kN’’- коэффициент, учитывающий влияние на величину gei нагрузочного режима работы двигателя.

Коэффициент kn определяется в зависимости от отношения ne/nN частот вращения коленчатого вала двигателя при текущем и максимальном значениях мощности:

ne/nN……       0,3         0,4         0,5        0,6        0,7        0,8        0,9        1,0         1,1

kn’………      1,05       1,02       0,98       0,96      0,94      0,95      0,96      1,0         1,06

Коэффициент kN определяетcя в зависимости от степени использования мощности двигателя Nei/Nemax.

Nei/Nemax……..0,2         0,3         0,4         0,5        0,6        0,7        0,8        0,9       1,0

kN (бенз.)…… 2,0        1,70       1,54       1,35      1,20      1,10      0,96      0,88     1,00

kN (дизель)….1,50       1,38       1,25       1,12      1,09      1,06      1,00      1,00     1,00

   Величины коэффициентов kn’ и kN’’ могут быть также найдены по специальным графикам,  представленным на рис.3,1.

 

 

                      

 

           4. По полученным значениям gei и Nei для различных скоростей движения на высшей передаче автомобиля определяют расход топлива па 100 км пути по формуле

, л/100км                                                 (3.4)

где γт - плотность топлива, кг/л; для бензина γт=0,725кг/л

                     γт=0,825кг/л для дизельного топлива

          5. Аналогично производят расчет  расхода топлива на 100 км пробега  для других дорожных условий, определяемых коэффициентом Ψ:

             Ψ1 = Ψ – 0,15 Ψ

             Ψ2 = Ψ + 0,15 Ψ

 

Полученные расчетные данные заносятся в таблицу

Таблица 3.1

ψ

n.

мин-1

V.

км/ч

ne/nN

kn

Nei

кВт

Nei/Nemax

kN

ge

кВт∙ч

Qs

л/100км

ψ

1000

26.24

0.25

1.05

12.24

0.13

2.50

246.75

15.88

1500

39.36

0.4

1.02

19.54

0.21

1.90

182.17

12.47

2000

54.48

0.5

0.98

28.26

0.30

1.70

156.60

11.63

2500

65.61

0.63

0.95

36.92

0.39

1.54

137.52

10.67

3000

78.71

0.75

0.95

49.66

0.53

1.30

116.10

10.10

3500

91.83

0.86

0.94

60.46

0.64

1.15

103.78

9.42

4000

104.95

1

1.0

80.67

0.92

0.85

79.90

9.11

Ψ1

1000

26.24

0.25

1.05

10.40

0.11

2.13

209.74

13.49

1500

39.36

0.4

1.02

16.61

0.18

1.62

154.84

10.59

2000

54.48

0.5

0.98

24.02

0.26

1.45

133.11

9.89

2500

65.61

0.63

0.95

31.38

0.33

1.31

116.89

9.07

3000

78.71

0.75

0.95

42.21

0.45

1.20

98.69

8.59

3500

91.83

0.86

0.94

51.39

0.54

0.98

88.21

8.01

4000

104.95

1

1.0

73.71

0.78

0.72

67.92

7.74

Ψ2

1000

26.24

0.25

1.05

14.08

0.15

2.88

283.76

18.26

1500

39.36

0.4

1.02

22.47

0.24

2.19

209.49

14.34

2000

54.48

0.5

0.98

32.49

0.35

1.96

180.09

13.37

2500

65.61

0.63

0.95

42.46

0.45

1.77

158.15

12.27

3000

78.71

0.75

0.95

57.11

0.61

1.49

133.52

11.62

3500

91.83

0.86

0.94

69.35

0.74

1.32

119.35

10.83

4000

104.95

1

1.0

99.71

1.06

0.98

91.89

10.48