Тяговый расчёт автомобиля КамАЗ-55111

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное  бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального  образования

«Саратовский государственный  технический университет

имени Гагарина Ю.А.»

 

 

Кафедра

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

на тему:

по предмету:

 

 

 

Выполнил:

 

Принял:

 

 

 

 

 

Саратов – 2013

Исходные  данные

 

Автомобиль грузовой    КамАЗ-55111

Полная масса      m_а = 22200 кг

Габаритная длина     L₁ = 7,14 м

Габаритная высота    Н = 2,70 м

Габаритная ширина    В = 2,50 м

База       L = 2,84 м

Максимальная скорость    V_{a max} = 90 (25) км/ч (м/с)

Двигатель       740.30-260(Евро-2)

Максимальная мощность   N_{e max} = 190 кВт при ω_N = 272,1 с^-1

Максимальный кр. момент   М_{e max} = 667 Н∙м при ω_М = 247,2 с^-1

Расход топлива     g_{e топ} = 450 г/(кВт∙ч)

Передаточные числа КП:

I       u₁ = 7,820

II       u₂ = 4,030

III       u₃ = 2,500

IV       u₄ = 1,530

V       u₅ = 1,000

Г.П.       u_Г.П. = 7,380

З.Х.       u_З.Х. = 5,940

Шины      10,00R20 (280R508) Кама-310

Коэфф. сопротивления дороги  f = 0,018

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.1 РАСЧЁТ И ПОСТРОЕНИЕ ВНЕШНЕЙ СКОРОСТНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЯ

Основной характеристикой двигателя  является его внешняя скоростная характеристика – график зависимости  мощности N_e, крутящего момента М_е, удельного расхода топлива g_е от угловой скорости коленчатого вала w_е при максимальной подаче топлива. Внешняя скоростная характеристика определяется экспериментально на заводах по производству двигателей. Для расчёта ВСХ используют уравнение Лейдермана:

где а, b, c – эмпирические коэффициенты;

N_{e max} – максимальная мощность двигателя;

ω_е – текущее значение скорости;

ω_N – скорость вращения вала двигателя при максимальной мощности.

Построение внешней  скоростной характеристики производим в диапазоне ω_е от 62 с^-1 до 314 с^-1.

Скорость вращения коленчатого вала двигателя при максимальной скорости движения автомобиля:

 с^-1,

где r_k  – радиус качения колеса (для шины Кама-310 r_k  = 0,533 м).

Крутящий момент двигателя  при максимальной мощности определяем по формуле:

 Н∙м;

Коэффициент приспосабливаемости двигателя по скорости вращения коленчатого вала:

.

Коэффициент приспосабливаемости двигателя по моменту:

.

Коэффициенты:

;

;

Мощность, при угловой скорости вала двигателя ω_е = 62 с^-1:

 кВт;

Результаты расчёта внешней  скоростной хар.-ки заносим в таблицу 1.

Таблица 1 – Параметры ВСХ

№ точки	ωe, с-1	Ne, кВт	Me, Н∙м
1	62	19,014	306,682
2	167	83,799	501,791
3	188	98,964	526,406
4	230	129,083	561,229
5	272	156,901	576,843
6	293	169,192	577,447
7	314	180,000	573,248

 

По данным табл. 1 строим внешнюю скоростную характеристику      двигателя (рис. 1).

1.2 РАСЧЁТ И ПОСТРОЕНИЕ МОЩНОСТНОГО

БАЛАНСА АВТОМОБИЛЯ

Скорость автомобиля определяется по формуле:

,

где ω_е – угловая скорость вращения вала двигателя, с^-1;

u_КП и u₀ – передаточные числа соответственно коробки передач и главной передачи.

Скорость автомобиля на 1-ой передаче в точке 1 равна:

 с^-1,

Сила тяги в расчётных точках:

,

где η_тр – КПД трансмиссии без учёта гидравлических потерь.

 ,

где z, k, n – число пар цилиндрических, конических шестерён и карданных шарниров в трансмиссии.

 ;

Сила тяги на 1-ой передаче, при М_е = 306,682 Н∙м:

 кН.

Сила сопротивления воздушной среды:

,

где k_в – коэффициент сопротивления воздуха (для грузовых автомобилей

k_в = 0,35);

F_a  – площадь лобовой проекции автомобиля.

,

где а – поправочный коэффициент (а =0,81);

Н – высота автомобиля (Н = 2,70 м);

В – ширина автомобиля (В = 2,50 м).

 м².

Сила сопротивления воздушной  среды на 1-ой передаче в точке 1 равна:

 кН.

Результаты расчётов для каждой передачи заносим в табл. 2.

 

 

1.3 РАСЧЁТ И ПОСТРОЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКОЙ

ХАРАКТЕРИСТИКИ АВТОМОБИЛЯ

Динамическая характеристика автомобиля характеризуется динамическим фактором.

Динамический фактор определяется по формуле:

,

где G_a – сила тяжести автомобиля.

,

где g – гравитационная постоянная (g = 9,81).

 кН,

Динамический фактор на 1-ой передаче в точке 1 равен:

.

Результаты расчётов для каждой передачи заносим  в табл. 2.

По данным табл. 2 строим динамическую характеристику (рис. 3) и мощностной баланс (рис. 4) автомобиля.

 

 

 

Таблица 2 – Результаты расчёта мощностного баланса и динамической

характеристики автомобиля

Передача	№ точки	ωе , с-1	Va , м/с	PТ , кН	PВ , кН	PТ+PВ, кН	D	NT , кВт	NД , кВт	NВ , кВт	NД+NВ, кВт
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
1	1	62	0,57	28,21	0,001	28,216	0,130	16,16	2,246	0,0004	2,246
	2	167	1,54	46,17	0,005	46,170	0,212	71,23	6,048	0,0070	6,055
	3	188	1,74	48,43	0,006	48,436	0,222	84,12	6,809	0,0100	6,819
	4	230	2,12	51,63	0,009	51,642	0,237	109,72	8,330	0,0184	8,348
	5	272	2,51	53,07	0,012	53,082	0,244	133,37	9,851	0,0304	9,882
	6	293	2,71	53,13	0,014	53,140	0,244	143,81	10,612	0,0380	10,650
	7	314	2,90	52,74	0,016	52,755	0,242	153,00	11,372	0,0467	11,419
2	1	62	1,11	14,54	0,002	14,543	0,067	16,16	4,357	0,0026	4,360
	2	167	2,99	23,79	0,017	23,808	0,109	71,23	11,737	0,0514	11,788
	3	188	3,37	24,96	0,022	24,980	0,115	84,12	13,212	0,0733	13,286
	4	230	4,12	26,61	0,033	26,642	0,122	109,72	16,164	0,1342	16,298
	5	272	4,88	27,35	0,046	27,395	0,125	133,37	19,116	0,2219	19,338
	6	293	5,25	27,38	0,053	27,431	0,125	143,81	20,592	0,2774	20,869
	7	314	5,63	27,18	0,061	27,240	0,125	153,00	22,067	0,3414	22,409
3	1	62	1,79	9,02	0,006	9,026	0,041	16,16	7,024	0,0110	7,035
	2	167	4,83	14,76	0,045	14,803	0,068	71,23	18,919	0,2151	19,134
	3	188	5,43	15,48	0,056	15,539	0,071	84,12	21,298	0,3069	21,605
	4	230	6,65	16,51	0,085	16,591	0,075	109,72	26,057	0,5620	26,618
	5	272	7,86	16,97	0,118	17,084	0,077	133,37	30,815	0,9295	31,744
	6	293	8,47	16,98	0,137	17,121	0,077	143,81	33,194	1,1618	34,356
	7	314	9,07	16,86	0,158	17,018	0,077	153,00	35,573	1,4300	37,003
4	1	62	2,93	5,52	0,016	5,537	0,025	16,16	11,477	0,0480	11,525
	2	167	7,89	9,03	0,119	9,151	0,041	71,23	30,914	0,9385	31,852
	3	188	8,88	9,48	0,151	9,626	0,043	84,12	34,801	1,3389	36,140
	4	230	10,86	10,10	0,226	10,328	0,045	109,72	42,576	2,4517	45,028
	5	272	12,84	10,38	0,316	10,699	0,046	133,37	50,351	4,0550	54,406
	6	293	13,84	10,39	0,366	10,760	0,046	143,81	54,238	5,0686	59,307
	7	314	14,83	10,32	0,421	10,739	0,045	153,00	58,125	6,2384	64,364
5	1	62	4,48	3,61	0,038	3,646	0,016	16,16	17,560	0,1720	17,732
	2	167	12,07	5,90	0,279	6,182	0,026	71,23	47,298	3,3613	50,660
	3	188	13,58	6,19	0,353	6,546	0,027	84,12	53,246	4,7955	58,041
	4	230	16,62	6,60	0,528	7,131	0,028	109,72	65,141	8,7810	73,922
	5	272	19,65	6,79	0,739	7,525	0,028	133,37	77,037	14,5233	91,560
	6	293	21,17	6,79	0,858	7,651	0,027	143,81	82,984	18,1535	101,138
	7	314	22,69	6,74	0,985	7,729	0,026	153,00	88,932	22,3433	111,275

 

 

Ускорение автомобиля в каждой расчётной  точке:

,

где δ_вр – коэффициент влияния вращающихся масс.

 ,

где а – постоянная величина (для грузовых автомобилей а = 0,07).

Для 1-ой передачи коэффициент влияния  вращающихся масс равен:

 .

Ускорение автомобиля на 1-ой передаче в точке 1 равно:

.

Время разгона автомобиля на участке скорости ΔV_a :

,

где V_К – значение скорости в конечной точке интервала;

V_Н – значение скорости в начальной точке интервала;

D_ср – среднее арифметическое значение динамического фактора на участке скорости ΔV_a

Средний динамический фактор на участке скорости ΔV_a :

,

Средний динамический фактор на 1-ой передаче на участке скорости ΔV_a равен:

,

Время разгона автомобиля на 1-ой передаче на участке скорости ΔV_a :

.

Результаты расчётов для каждой передачи заносим в табл. 3.

Таблица 3 – Результаты расчёта времени разгона автомобиля

Передача	δвр	VКa , м/с	VНa , м/с	ΔVa , м/с	Dср	jср , м/с2	Δt , с	Ʃ Δt , с
1	4,088	2,90	0,57	2,33	0,186	0,482	5,78	5,78
2	1,842	5,63	1,11	4,52	0,096	0,504	10,93	16,71
3	1,343	9,07	1,79	7,28	0,059	0,376	24,28	40,99
4	1,147	14,83	2,93	11,90	0,035	0,203	80,15	121,14
5	1,080	22,69	4,48	18,21	0,021	0,068	586,42	707,56

 

 

1.4 РАСЧЁТ И ПОСТРОЕНИЕ ТОПЛИВНО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Топливно-экономическая характеристика представляет собой зависимость путевого расхода топлива на различных передачах в зависимости от скорости при установившихся режимах движения автомобиля. Путевой расход топлива – это количество топлива в литрах, израсходованного на 100 км пути, проходимого автомобилем, который можно определить по формуле:

,

где g_{e топ} – удельный расход топлива;

k_ω – коэффициент, учитывающий изменение скоростного режима;

k_u – коэффициент, учитывающий изменение нагрузочного режима;

r_топ – плотность топлива (для дизельного топлива r_топ = 0,830 кг/л).

Относительная нагрузка определяется по формуле:

 

Относительная нагрузка на 5-ой передаче в точке 1, при f = 0,018:

 

Относительная нагрузка на 5-ой передаче в точке 1, при f = 0,036:

 

Коэффициент k_u для дизельных двигателей определяется по формуле:

 .

Коэффициент k_u на 5-ой передаче в точке 1, при f = 0,018:

Коэффициент k_u на 5-ой передаче в точке 1, при f = 0,036:

Коэффициент k_ω можно определить по формуле:

 

Коэффициент k_ω на 5-ой передаче в точке 1, при f = 0,018 и f = 0,036:

 

Результаты расчётов для каждой передачи заносим  в табл. 4.

 

Путевой расход топлива на 5-ой передаче в точке 1, при f = 0,018:

 л/100 км

Путевой расход топлива на 5-ой передаче в точке 1, при f = 0,036:

 л/100 км

Предельный расход топлива определяется по формуле:

,

Предельный расход топлива на 5-ой передаче в точке 1, при f = 0,018:

 л/100 км

Предельный расход топлива на 5-ой передаче в точке 1, при f = 0,036:

Результаты расчётов путевого расхода  топлива на каждой передаче заносим в табл. 4 и строим топливно-экономическую характеристику автомобиля.

 

Таблица 4 – Результаты расчёта топливной экономичности автомобиля

f	ωе , с-1	Va , м/с	Nе , кВт	NД+NВ, кВт	u	kω	ku	Qs , л/100км	Q's , л/100км
0,018	4,48	62	19,014	17,732	1,097	1,152	1,306	42,18	77,30
	12,07	167	83,799	50,660	0,711	1,015	0,420	31,74	111,47
	13,58	188	98,964	58,041	0,690	1,005	0,383	29,13	115,81
	16,62	230	129,083	73,922	0,674	1,000	0,355	27,98	122,88
	19,65	272	156,901	91,560	0,687	1,013	0,377	31,51	127,88
	21,17	293	169,192	101,138	0,703	1,025	0,406	35,23	129,52
	22,69	314	180,000	111,275	0,727	1,040	0,450	40,64	130,49
0,036	4,48	62	19,014	35,292	2,184	1,152	4,947	79,52	77,30
	12,07	167	83,799	97,958	1,375	1,015	2,133	62,29	111,47
	13,58	188	98,964	111,287	1,323	1,005	1,968	57,44	115,81
	16,62	230	129,083	139,063	1,267	1,000	1,797	53,32	122,88
	19,65	272	156,901	168,597	1,264	1,013	1,788	55,05	127,88

 

 

 

Рисунок 1 – Кинематическая схема трансмиссии КамАЗ-55111

1 – двигатель; 2 – маховик; 3 – сцепление; 4 – коробка передач;

5 – карданные шарниры; 6 – ведущие мосты; 7 – управляемый мост.

 

 

Рисунок 2

 

 

 

Рисунок 3

 

 

 

 

Рисунок 4

 

 

 

 

 

Рисунок 5