90592

Проведение испытаний и оценки тягово-скоростных качеств автомобиля

Дипломная

Логистика и транспорт

Определение полной массы автомобиля Распределение полной массы по мостам автомобиля Определение передаточных чисел коробки передач Построение внешней скоростной характеристики двигателя Оценка тягово-скоростных свойств автомобиля...

Русский

2015-06-07

1.83 MB

2 чел.

Содержание

Введение 3

1 Тяговый расчет автомобиля 4

1.1 Определение полной массы автомобиля 4

1.2 Распределение полной массы по мостам автомобиля 4

1.3 Подбор шин 5

1.4 Определение силы лобового сопротивления воздуха 6

1.5 Выбор характеристики двигателя 7

1.6 Определение передаточного числа главной передачи 10

1.7 Определение передаточных чисел коробки передач 11

2 Построение внешней скоростной характеристики двигателя 14

3 Оценка тягово-скоростных свойств автомобиля 17

3.1 Тяговая характеристика автомобиля 17

3.1.1 Построение графика тяговой характеристики 17

3.1.2 Практическое использование тяговой характеристики

автомобиля 21

3.2 Динамическая характеристика автомобиля 22

3.2.1 Построение динамической характеристики 23

3.2.2 Практическое использование динамической характеристики

автомобиля 26

3.3 Ускорение автомобиля при разгоне 27

3.3.1 Построение графика ускорение автомобиля при разгоне 27

3.3.2 Практическое использование графика ускорений автомобиля 30

3.4 Характеристика времени и пути разгона автомобиля 30

3.4.1 Определение времени разгона 30

3.4.2 Определение пути разгона 31

3.4.3 Практическое использование характеристик времени и

пути разгона автомобиля 36

4. Конструкторская часть. Динамический роликовый стенд  38

4.1 Назначение и техническая характеристика стенда 38

4.2 Устройство и работа механической части стенда 40

4.3 Система контроля наличия на стенде автомобиля  42

4.4 Принцип действия динамического стенда  46

4.5 Режимы эксплуатации стенда  47

5 Экономическая часть проекта. Топливная экономичность автомобиля 53

5.1 Построение топливной характеристики автомобиля 53

5.2 Определение эксплуатационного расхода топлива 57

6. Охрана труда 59

Заключение 64

Список используемой  литературы 65


Введение

К 2012 году по дорогам мира будет ездить около 1 миллиарда автомобилей. Количественный и качественный рост автомобильного транспорта на улицах и дорогах положительно  сказывается на развитие промышленности и сельского хозяйства Казахстана, улучшение условий труда и быта населения.

Автомобильный  парк  Казахстана  на  начало  2005 г. насчитывал 1532257  единиц  (увеличение  за  год  на  4,1  процента).  Из  этого  числа  количество  легковых  машин  насчитывает  1 204 118  единиц.  Личный  транспорт  занимает  86,1 %  от  общего  числа  транспортных  средств  республики  и  составляет  1 319 427 единиц.  Обеспеченность  легковыми  машинами  в  прошедшем  году  составила  из  расчета  на  100  семей  - 31  единицу,  на  1000  жителей – 76  единиц.

В Казахстане функционируют построенные совместно с ВАЗом и КАМАЗ автосборочные заводы в г. Усть-Каменогорске и Петропавловске по выпуску внедорожников «Нива», легковых автомобилей  «Шкода»  и  грузовых  автомобилей  «КАМАЗ», развернута широкая сеть авторынков, автосалонов, продающих новые и подержанные автомобили, выпускаемые в России, Германии, Японии, Корее, США и других странах земного шара.

Актуальность темы. В последние время в стране происходит увеличение численности автомобильного транспорта как легкового, так и грузового. Для выявления возможных неисправностей должны проводить качественную компьютерную диагностику, проведение которой позволило бы вовремя обнаружить и устранить возможные неисправности до того как они могут привести к поломке некоторых узлов автомобиля или полного выхода автомобиля из строя.

В качестве объекта исследования в работе был принят автомобиль марки ВАЗ-21093.

При выполнении дипломной работы производится анализ тягово-скоростных и топливно-экономических свойств автомобиля ВАЗ-21093. При анализе тягово-скоростных и топливно-экономических свойств используются данные технических характеристик заданного автомобиля.

Задачами работы являются поиск путей решения вопросов диагностики автотранспортных средств:

- исключить вероятность  использования  визуального метода диагностики на станции технического обслуживания.

- провести анализ возможных неисправностей автомобилей и средств, с помощью которых можно выявить их на ранней стадии

- разработать методику испытаний и оценки тягово-скоростных качеств автомобиля для компьютерной диагностики технического состояния.


1 Тяговый расчет автомобиля

1.1 Определение полной массы автомобиля

Задачей тягового расчета является определение характеристик двигателя и трансмиссии, обеспечивающих требуемые тягово-скоростные свойства автомобиля и его топливную экономичность в заданных условиях эксплуатации.

Таблица 1

Краткая техническая характеристика автомобиля ВАЗ-21093 (параметры автомобиля необходимые для выполнения работы)

№ п/п

Параметр

Обозначение

Размерность

Величина параметра

1.

Марка и тип автомобиля

-

-

ВАЗ-21093

2.

Колесная формула

-

-

4×2

3.

Число пассажиров

nп

-

5

4.

Собственная масса снаряженного автомобиля

mo

кг

945

5.

Полная масса автомобиля

ma

кг

1370

6.

Распределение массы автомобиля по мостам:

- на передний мост

m1

кг

616,5

- на задний мост

m2(т)

кг

753,5

7.

База автомобиля

L

м

2,46

Полная масса автомобиля определяется следующим образом:

,  (1.1)

где mo – масса снаряженного автомобиля: mo = 945 кг;

mч – масса водителя или пассажира: принимаем mч = 75 кг;

mб – масса багажа из расчета на одного пассажира: mб = 10 кг;

nп – количество пассажиров, включая водителя: nп = 5 чел..

1.2 Распределение полной массы по мостам автомобиля

При распределении нагрузки по осям легкового автомобиля с передним расположением двигателя и передним ведущим мостом на задний мост приходится 43-47% полной массы автомобиля.

Принимаем что на менее нагруженный задний мост приходится 45% полной массы. Тогда на передний мост приходится 55% полной массы.

Определим полный вес автомобиля:

,  (1.2)

Определим вес, приходящийся на переднюю ось автомобиля:

,  (1.3)

Определим вес, приходящийся на заднюю ось автомобиля:

,   (1.4)

1.3 Подбор шин

При выборе шин исходным параметром является нагрузка на наиболее нагруженных колесах. Наиболее нагруженными являются шины переднего моста. Определяем нагрузку на одну шину:

;

(1.5)

где n – число шин одного моста: n = 2.

 Н.

Из ГОСТ 4754 – 97 «Шины пневматические для легковых автомобилей, прицепов к ним, легких грузовых автомобилей и автобусов особо малой вместимости» принимаем шину 165/70R13.

Определяем посадочный диаметр обода d, наружный диаметр Dн и статический радиус колеса rст:

d = 13·0,0254 = 0,3302 м;

,  (1.6)

где kшH/B (H и B – высота и ширина профиля): для шины 165/70R13 kш = 0,7;  B = 165 мм;

,  (1,7)

где λст – коэффициент, учитывающий смятие шины под нагрузкой: для радиальных шин легковых автомобилей принимаем λсм = 0,81;

Определяем радиус качения колеса:

,  (1.8)

1.4 Определение силы лобового сопротивления воздуха

Определяем силу лобового сопротивления воздуха, которая напрямую зависит от лобовой площади автомобиля:

,  (1.9)

где АВплощадь лобового сопротивления;

kВ – коэффициент воздушного сопротивления: принимаем kВ = 0,2;

,  (1.10)

где С – коэффициент формы, равный для легковых автомобилей – 0,89;

HВ и BВ – соответственно габаритные высота и ширина транспортного  средства: HВ  = 1,402 м, BВ = 1,62 м;

h – расстояние от бампера до поверхности дороги: принимаем h = 0,25 м;

В – ширина профиля шины: B = 0,165 м;

n – максимальное число колес одного моста автомобиля: при односкатных задних колесах n = 2.

1.5 Выбор характеристики двигателя

Максимальная стендовая мощность двигателя   = 52,6 кВт.

Определим максимальную мощность двигателя:

,  (1.11)

где – kст поправочный коэффициент, равный 0,93-0,96: принимаем kст = 0,95;

Мощность при максимальной скорости определяется на основании формулы:

,  (1.12)

где neVmax – обороты коленчатого вала двигателя при максимальной скорости (в данном автомобиле максимальная скорость на высшей передаче достигается при оборотах меньших чем максимальные);

np – обороты коленчатого вала двигателя при максимальной мощности: np = 5600 об/мин;

a,b,c – эмпирические коэффициенты.

Для карбюраторного двигателя легкового автомобиля коэффициенты находим по формулам:

,  (1.13)

,  (1.14)

, (1.15)

где ki – коэффициент приспособляемости по крутящему моменту;

kω – коэффициент приспособляемости по частоте вращения.

Коэффициенты приспособляемости рассчитываем по стендовым параметрам двигателя:

, (1.16)

где  – стендовый максимальный крутящий момент: = 106,4 Н·м;

– стендовый крутящий момент при максимальной мощности:

,  (1.17)

,  (1.18)

где  – обороты коленчатого вала при максимальной мощности:  = 5600 об/мин;

– обороты коленчатого вала при максимальном крутящем моменте:  = 3400 об/мин.

Производим расчеты:

;

;

;

;

Проверяем условие:

, (1.19)

Условие выполняется:

Определим обороты коленчатого вала при максимальной скорости:

;

(1.20)

об/мин.

Рассчитываем мощность при максимальной скорости:

Мощность двигателя при максимальной скорости должна обеспечивать возможность движения при дорожном сопротивлении, которое для легковых автомобилей находится в пределах (ψV = 0,015-0,025).

Определим дорожное сопротивление, которое может преодолеть данная модель автомобиля при максимальной скорости:

;

(1.21)

где  – КПД трансмиссии; при работе трансмиссии с полной нагрузкой, т. е.

при работе двигателя по внешней скоростной характеристике имеем:

;

(1.22)

где  – соответственно КПД цилиндрических шестерен наружного зацепления, внутреннего зацепления, конических шестерен и карданных сочленений, передающих крутящий момент от коленчатого вала двигателя к ведущим колесам на i-ой передаче в КП;

– соответственно число пар цилиндрических шестерен наружного зацепления, внутреннего зацепления, конических шестерен и число карданных сочленений , передающих крутящий момент от коленчатого вала двигателя к ведущим колесам на i-ой передаче в КП.

В расчетах принимаем:

;

.

Тогда дорожное сопротивление преодолеваемое автомобилем при движении с максимальной скоростью  составит:

;

Дорожное сопротивление, преодолеваемое автомобилем при движении с максимальной скоростью .

1.6 Определение передаточного числа главной передачи

Передаточное число главной передачи определяется исходя из условия обеспечения максимальной скорости движения автомобиля.

Определяем: какую максимальную скорость позволяет получить передаточное число главной передачи для заданной модели автомобиля:

;

(1.23)

где  – передаточное число высшей передачи в КП: ;

– передаточное число главной передачи: .

км/ч.

Передаточное число главной передачи подобрано таким образом, чтобы получить максимальную скорость при оборотах коленчатого вала меньше максимальных, при этом обеспечивается лучшая топливная экономичность автомобиля. Передаточное число главной передачи при максимальных оборотах двигателя обеспечивает максимальную скорость км/ч.

1.7 Определение передаточных чисел коробки передач

Передаточное число первой передачи рассчитывается, исходя из того, чтобы автомобиль мог преодолеть максимальное сопротивление дороги, характеризуемое коэффициентом , не буксовал при трогании с места, и мог двигаться с устойчивой минимальной скоростью.

Для заданной модели автомобиля .

Максимальное сопротивление дороги для легковых автомобилей должно находится в пределах .

Определим максимальное сопротивление дороги, которое может преодолеть заданная модель автомобиля, при трогании с места:

;

(1.24)

.

Максимальное дорожное сопротивление, которое может преодолеть автомобиль при трогании с места .

Определим минимальный коэффициент сцепления, при котором данный автомобиль может тронуться с места без пробуксовки ведущих колес:

;

(1.25)

где  – коэффициент перераспределения нормальных реакций, для переднеприводного автомобиля принимаем .

.

Минимальный коэффициент сцепления составил .

Определим минимальную устойчивую скорость движения автомобиля:

;

(1.26)

где  – минимальные устойчивые обороты двигателя при полностью открытой дроссельной заслонке под нагрузкой, принимаем для карбюраторного двигателя об/мин.

км/ч.

Передаточные числа промежуточных передач выбираются из условия обеспечения максимальной интенсивности разгона автомобиля, а также длительного движения при повышенном сопротивлении дороги.

;

(1.27)

где n – номер повышающей передачи;

m – номер передачи для которой ведется расчет.

;

;

.

Рассчитанные и фактические значения передаточных чисел коробки передач приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1

Передаточные числа КП

№ передачи

 Обозначение

Фактическое

значение 

Рассчитанное значение 

1

U1

3,636

3,636

2

U2

1,950

2,478

3

U3

1,357

1,689

4

U4

0,941

1,151

5

U5

0,784

0,784

Как видно из таблицы 1.1 фактические значения передаточных чисел промежуточных передач меньше рассчитанных значений. Таким образом, коробка передач заданного автомобиля не обеспечивает максимальной интенсивности разгона автомобиля. Поскольку фактические значения передаточных чисел промежуточных передач незначительно отличаются от рассчитанных значений можно сделать вывод, что данная коробка передач обеспечивает уместную интенсивность разгона автомобиля, при улучшенных показателях топливной экономичности.


2 Построение внешней скоростной характеристики двигателя

Скоростной характеристикой двигателя называется зависимость эффективной мощности и крутящего момента от угловой скорости или частоты вращения коленчатого вала двигателя при установившемся режиме работы.

Скоростная характеристика двигателя, полученная при полной подаче топлива, называется внешней скоростной характеристикой.

Значения мощности при различной частоте вращения коленчатого вала определяем по формуле:

, (2.1)

Значение вращающего момента при различных оборотах рассчитываем по формуле:

, (2.2)

Для нахождения стендовых характеристик двигателя полученные значения мощностей и моментов, разделим на коэффициент стенда:

, (2.3)

,  (2.4)

Производим расcчеты:

Для следующих значений  расчеты ведем аналогично. Результаты расчетов заносим в таблицу 2.1.

Таблица 2.1

Результаты расчетов внешней скоростной характеристики

№ п/п

n, об/мин

, кВт

,  кВт

,

,

1

600

4,40

4,63

70,06

73,75

2

800

6,21

6,54

74,16

78,06

3

1000

8,17

8,60

78,06

82,17

4

1200

10,24

10,78

81,53

85,82

5

1400

12,43

13,08

84,83

89,29

6

1600

14,69

15,46

87,72

92,34

7

1800

17,03

17,93

90,39

95,15

8

2000

19,41

20,43

92,72

97,60

9

2200

21,83

22,98

94,80

99,79

10

2400

24,26

25,54

96,58

101,66

11

2600

26,69

28,09

98,08

103,24

12

2800

29,09

30,62

99,26

104,48

13

3000

31,45

33,11

100,16

105,43

14

3200

33,75

35,53

100,77

106,07

15

3400

35,97

37,86

101,08

106,40

16

3600

38,09

40,09

101,07

106,39

17

3800

40,10

42,21

100,82

106,13

18

4000

41,98

44,19

100,27

105,55

19

4200

43,70

46,00

99,41

104,64

20

4400

45,25

47,63

98,26

103,43

21

4600

46,62

49,07

96,83

101,93

22

4800

47,78

50,29

95,10

100,11

23

5000

48,71

51,27

93,08

97,98

24

5200

49,40

52,00

90,76

95,54

25

5400

49,82

52,44

88,15

92,79

26

5600

49,97

52,60

85,25

89,74

27

5800

49,82

52,44

82,07

86,39

28

6000

49,35

51,95

78,58

82,72

По рассчитанным значениям строим внешнюю скоростную характеристику (рисунок 2.1).

Рисунок 2.1 Внешняя скоростная характеристика двигателя


3 Оценка тягово-скоростных свойств автомобиля

3.1 Тяговая характеристика автомобиля

С целью решения уравнения движения автомобиля методом силового баланса, представим его в виде:

;

(3.1)

где  – сила тяги, приложенная к ведущим колесам;

– сила сопротивления качению;

– сила сопротивления подъема;

– сила сопротивления воздуха;

– сила сопротивления разгону.

Полученное уравнение называют уравнением силового (или тягового) баланса. Уравнение силового баланса показывает, что сумма всех сил сопротивления движению в любой момент времени равна окружной силе на ведущих колесах автомобиля.

Уравнение позволяет определить величину окружной силы, развиваемой на ведущих колесах автомобиля, и установить, как она распределяется по различным видам сопротивлений.

Графическое изображение уравнения силового (тягового) баланса в координатах “окружная сила - скорость”, называется тяговой характеристикой автомобиля.

3.1.1 Построение графика тяговой характеристики

Определим значения окружной силы , в зависимости от скорости, при движении автомобиля на различных передачах:

.

(3.2)

В данном уравнении эффективный крутящий момент  является функцией от оборотов коленчатого вала ne. Значение эффективного крутящего момента  в зависимости от оборотов коленчатого вала ne определяется по внешней скоростной характеристике двигателя.

В предположении отсутствия буксования сцепления и ведущих колес автомобиля связь между частотой вращения коленчатого вала двигателя ne и скоростью V находится из соотношения:

;

(3.3)

где i – номер передачи.

Производим расчеты значений окружной силы  и скорости Vi  для различных оборотов коленчатого вала в диапазоне от nemin до nemax на различных передачах коробки передач.

Н;

км/ч.

Для следующих значений  на i-той передаче расчеты ведем аналогично. Результаты расчетов заносим в таблицу 3.1. Полученные значения наносим на тяговую характеристику.

Определим силу сопротивления качению  в зависимости от скорости движения автомобиля:


;

(3.4)

где fo – коэффициент сопротивления качению при движении автомобиля с малой скоростью (при расчетах используем значение fo  = 0,012).

Cилу сопротивления подъема  принимаем равной нулю, так как рассматриваем движение автомобиля на дороге без уклона.

Определим силу сопротивления воздуха  в зависимости от скорости движения автомобиля:

.

(3.5)

Производим расчеты:

Н;

Н.

Последующие расчеты ведем аналогично. Результаты расчетов заносим в таблицу 3.2. Полученные значения наносим на тяговую характеристику.

Таблица 3.1

Результаты расчетов окружной силы

№ п/п

n, об/мин

1-я передача

2-я передача

3-я передача

4-я передача

5-я передача

V1, км/ч

Pk1, Н

V2, км/ч

Pk2, Н

V3, км/ч

Pk3, Н

V4, км/ч

Pk4, Н

V5, км/ч

Pk5, Н

1

600

4,531

3236,7

8,449

1735,9

12,142

1208

17,509

837,7

21,016

697,9

2

800

6,042

3426,1

11,266

1837,5

16,189

1278,7

23,346

886,7

28,021

738,8

3

1000

7,552

3606,3

14,082

1934,1

20,236

1345,9

29,182

933,3

35,026

777,6

4

1200

9,063

3766,6

16,899

2020,1

24,283

1405,8

35,019

974,8

42,031

812,2

5

1400

10,573

3919,1

19,715

2101,8

28,331

1462,7

40,855

1014,3

49,037

845

6

1600

12,084

4052,6

22,532

2173,4

32,378

1512,5

46,692

1048,8

56,042

873,8

7

1800

13,594

4176

25,348

2239,6

36,425

1558,5

52,528

1080,7

63,047

900,4

8

2000

15,105

4283,6

28,165

2297,3

40,472

1598,7

58,365

1108,6

70,052

923,6

9

2200

16,615

4379,7

30,981

2348,8

44,52

1634,6

64,201

1133,5

77,058

944,4

10

2400

18,126

4461,9

33,798

2393

48,567

1665,2

70,038

1154,8

84,063

962,1

11

2600

19,636

4531,2

36,614

2430,1

52,614

1691,1

75,874

1172,7

91,068

977

12

2800

21,147

4585,8

39,431

2459,4

56,661

1711,5

81,711

1186,8

98,073

988,8

13

3000

22,657

4627,3

42,247

2481,7

60,709

1727

87,547

1197,6

105,079

997,8

14

3200

24,168

4655,5

45,064

2496,8

64,756

1737,5

93,383

1204,9

112,084

1003,8

15

3400

25,678

4669,8

47,88

2504,4

68,803

1742,8

99,22

1208,6

119,089

1006,9

16

3600

27,189

4669,4

50,696

2504,2

72,85

1742,7

105,056

1208,4

126,094

1006,8

17

3800

28,699

4657,8

53,513

2498

76,898

1738,4

110,893

1205,4

133,1

1004,3

18

4000

30,21

4632,4

56,329

2484,4

80,945

1728,9

116,729

1198,9

140,105

998,8

19

4200

31,72

4592,7

59,146

2463,1

84,992

1714

122,566

1188,6

147,11

990,3

20

4400

33,231

4539,6

61,962

2434,6

89,039

1694,2

128,402

1174,8

154,115

978,8

21

4600

34,741

4473,5

64,779

2399,1

93,087

1669,6

134,239

1157,7

161,121

964,6

22

4800

36,252

4393,6

67,595

2356,3

97,134

1639,7

140,075

1137,1

168,126

947,3

23

5000

37,762

4300,2

70,412

2306,2

101,181

1604,9

145,912

1112,9

175,131

927,2

24

5200

39,273

4193,1

73,228

2248,8

105,228

1564,9

151,748

1085,2

182,136

904,1

25

5400

40,783

4072,5

76,045

2184,1

109,276

1519,9

157,585

1054

189,142

878,1

26

5600

42,294

3938,5

78,861

2112,2

113,323

1469,9

163,421

1019,3

196,147

849,2

27

5800

43,804

3791,6

81,678

2033,4

117,37

1415,1

169,258

981,3

203,152

817,5

28

6000

45,314

3630,3

84,494

1947

121,417

1354,9

175,094

939,5

210,157

782,8


Таблица 3.2

Результаты расчетов сил сопротивления дороги (качения)  и воздуха

№ п/п

Va, км/ч

, Н

, Н

, Н

1

0

161,3

0

161,3

2

10

161,9

2,7

164,6

3

20

163,6

10,7

174,3

4

30

166,5

24,2

190,7

5

40

170,6

43

213,6

6

50

175,8

67,1

242,9

7

60

182,2

96,7

278,9

8

70

189,7

131,6

321,3

9

80

198,4

171,9

370,3

10

90

208,3

217,5

425,8

11

100

219,3

268,5

487,8

12

110

231,5

324,9

556,4

13

120

244,9

386,7

631,6

14

130

259,4

453,8

713,2

15

140

275,1

526,3

801,4

16

150

291,9

604,2

896,1

17

160

309,9

687,4

997,3

18

170

329,1

776

1105,1

19

180

349,4

870

1219,4

20

190

370,9

969,4

1340,3

21

200

393,5

1074,1

1467,6

22

210

417,3

1184,2

1601,5

23

220

442,3

1299,6

1741,9

По рассчитанным значениям строим тяговую характеристику автомобиля (рисунок 3.1).


Рисунок 3.1 Тяговая характеристика автомобиля

3.1.2 Практическое использование тяговой характеристики автомобиля

По тяговой характеристике автомобиля определяем следующие показатели:

1. Максимальную скорость движения автомобиля. Ее определяют по абсциссе: точки пересечения кривых, совместной силы сопротивления воздуха и дорожного сопротивления и силы тяги на высшей передаче. У данного автомобиля сила тяги на высшей передаче, при максимальных оборотах двигателя больше совместной силы сопротивления воздуха и дорожного сопротивления. Можно сделать заключение, что у данного автомобиля имеется запас силы тяги, который позволит двигаться автомобилю по дороге с уклоном без снижения скорости.

Максимальная скорость движения автомобиля на 5-й и 4-й передаче Vmax = 156 км/ч, V’max = 161 км/ч.

2. Окружная сила Fкv при максимальной скорости Vmax: Н.

3. Максимальная окружная сила на высшей передаче Fк5max:

Fк5max = 1006,9  Н.

4. Максимальная окружная сила Fкmax, развиваемая на ведущих колесах автомобиля: Fкmax = 4669,8 Н.

5. Минимальная устойчивая скорость движения автомобиля Vmin:

Vmin = 4,531 км/ч.

6. Максимальная окружная сила по сцеплению шин ведущих колес с дорогой Fφ:

;

(3.6)

Н.

На данном покрытии (асфальтобетонное шоссе) сила сцепления ведущих колес с дорогой больше максимального значения окружной силы тяги.

7. Критическая скорость движения автомобиля по условию величины окружной силы на высшей передаче Vк5: Vк5 = 119,089 км/ч .

8. Скоростной диапазон автомобиля на высшей передаче dV5:

;

(3.7)

.

9. Силовой диапазон автомобиля на высшей передаче dF5:

;

(3.8)

.

3.2 Динамическая характеристика автомобиля

Методы силового и мощностного балансов затруднительно использовать при сравнении тягово-динамических свойств автомобилей, имеющих различные веса и грузоподъемности, т. к. при движении их в одинаковых условиях силы и мощности, необходимые для преодоления суммарного дорожного сопротивления различны. От этого недостатка свободен метод решения уравнения движения с помощью динамической характеристики. Поэтому воспользуемся методом решения уравнения движения с помощью динамической характеристики.

Графическая зависимость динамического фактора от скорости движения автомобиля при различных передачах и полной нагрузке называется динамической характеристикой.

3.2.1 Построение динамической характеристики

При построении динамической характеристики используем следующие допущения:

1) двигатель работает по внешней скоростной характеристике;

2 ) автомобиль движется по ровной горизонтальной дороге.

С целью построения динамической характеристики воспользуемся безразмерной величиной D - динамическим фактором, равным отношению свободной силы тяги (Fк - Fв) к силе тяжести автомобиля Ga:


.

(3.9)

Для расчета динамического фактора D и построения динамической характеристики используют значения Fкi и Fв в функции скорости движения автомобиля V на различных передачах.

Таким образом имеем: 

.

(3.10)

Производим расчеты:

.

Последующие расчеты ведем аналогично. Результаты расчетов заносим в таблицу 3.3. Полученные значения наносим на динамическую характеристику.

Для решения уравнения движения на динамическую характеристику наносится зависимость коэффициента сопротивления дороги ψ от скорости. Поскольку в нашем случае дорога без уклона ψ = f.

.

(3.11)

Производим расчет:


.

Последующие расчеты ведем аналогично. Результаты расчетов заносим в таблицу 3.4. Полученные значения наносим на динамическую характеристику.

По рассчитанным значениям строим тяговую характеристику автомобиля (рисунок 3.2).

Таблица 3.3

Результаты расчетов динамического фактора D

№ п/п

n, об/мин

1-я передача

2-я передача

3-я передача

4-я передача

5-я передача

V1, км/ч

D1

V2, км/ч

D2

V3, км/ч

D3

V4, км/ч

D4

V5, км/ч

D5

1

600

4,531

0,2408

8,449

0,129

12,142

0,0896

17,509

0,0617

21,016

0,051

2

800

6,042

0,2549

11,266

0,1365

16,189

0,0946

23,346

0,0649

28,021

0,0534

3

1000

7,552

0,2682

14,082

0,1435

20,236

0,0993

29,182

0,0677

35,026

0,0554

4

1200

9,063

0,2801

16,899

0,1497

24,283

0,1034

35,019

0,0701

42,031

0,0569

5

1400

10,573

0,2914

19,715

0,1556

28,331

0,1072

40,855

0,0721

49,037

0,0581

6

1600

12,084

0,3012

22,532

0,1607

32,378

0,1104

46,692

0,0737

56,042

0,0587

7

1800

13,594

0,3103

25,348

0,1654

36,425

0,1133

52,528

0,0749

63,047

0,0591

8

2000

15,105

0,3183

28,165

0,1693

40,472

0,1157

58,365

0,0757

70,052

0,0589

9

2200

16,615

0,3253

30,981

0,1729

44,52

0,1177

64,201

0,0761

77,058

0,0584

10

2400

18,126

0,3313

33,798

0,1758

48,567

0,1192

70,038

0,0761

84,063

0,0575

11

2600

19,636

0,3364

36,614

0,1781

52,614

0,1203

75,874

0,0758

91,068

0,0561

12

2800

21,147

0,3403

39,431

0,1799

56,661

0,1209

81,711

0,075

98,073

0,0544

13

3000

22,657

0,3433

42,247

0,1811

60,709

0,1211

87,547

0,0738

105,079

0,0522

14

3200

24,168

0,3452

45,064

0,1817

64,756

0,1209

93,383

0,0722

112,084

0,0496

15

3400

25,678

0,3461

47,88

0,1818

68,803

0,1202

99,22

0,0703

119,089

0,0466

16

3600

27,189

0,346

50,696

0,1812

72,85

0,1191

105,056

0,0679

126,094

0,0431

17

3800

28,699

0,3449

53,513

0,1801

76,898

0,1175

110,893

0,0651

133,1

0,0393

18

4000

30,21

0,3429

56,329

0,1785

80,945

0,1155

116,729

0,062

140,105

0,0351

19

4200

31,72

0,3397

59,146

0,1763

84,992

0,1131

122,566

0,0584

147,11

0,0304

20

4400

33,231

0,3356

61,962

0,1735

89,039

0,1102

128,402

0,0545

154,115

0,0254

21

4600

34,741

0,3304

64,779

0,1701

93,087

0,1069

134,239

0,0501

161,121

0,0199

22

4800

36,252

0,3243

67,595

0,1662

97,134

0,1032

140,075

0,0454

168,126

0,014

23

5000

37,762

0,3171

70,412

0,1617

101,181

0,099

145,912

0,0403

175,131

0,0077

24

5200

39,273

0,3089

73,228

0,1566

105,228

0,0943

151,748

0,0347

182,136

0,001

25

5400

40,783

0,2997

76,045

0,151

109,276

0,0892

157,585

0,0288

189,142

-0,0061

26

5600

42,294

0,2895

78,861

0,1447

113,323

0,0837

163,421

0,0225

196,147

-0,0137

27

5800

43,804

0,2783

81,678

0,138

117,37

0,0778

169,258

0,0158

203,152

-0,0216

28

6000

45,314

0,266

84,494

0,1306

121,417

0,0714

175,094

0,0087

210,157

-0,03

Таблица 3.4

Результаты расчетов коэффициента сопротивления дороги ψ

№ п/п

Va, км/ч

ψ

1

0

0,012

2

10

0,012

3

20

0,012

4

30

0,012

5

40

0,013

6

50

0,013

7

60

0,014

8

70

0,014

9

80

0,015

10

90

0,015

11

100

0,016

12

110

0,017

13

120

0,018

14

130

0,019

15

140

0,02

16

150

0,022

17

160

0,023

18

170

0,024

19

180

0,026

20

190

0,028

21

200

0,029

22

210

0,031

23

220

0,033


Рисунок 3.2 Динамическая характеристика автомобиля

3.2.2 Практическое использование динамической характеристики автомобиля

По динамической характеристике автомобиля определяем следующие показатели:

1. Максимальная скорость движения автомобиля на 5-й и 4-й передаче

Vmax = 156 км/ч, V’max = 161 км/ч..

2. Динамический фактор при максимальной скорости движения автомобиля Dv: .

3. Максимальный динамический фактор на высшей передаче D5max:

D5max = 0,0591.

4. Максимальный динамический фактор автомобиля Dmax: Dmax = 0,347.

5. Максимальное дорожное сопротивление, преодолеваемое автомобилем на высшей и низшей передачах ,: , .

6. Максимальный подъем, преодолеваемый автомобилем на высшей и низшей передачах ,:

;

(3.12)

;

;

(3.13)

.

7. Минимальная устойчивая скорость движения автомобиля Vmin:

Vmin = 4,531 км/ч.

8. Динамический фактор по сцеплению шин с поверхностью дорожного покрытия Dφ:

;

(3.14)

.

9. Критическая скорость движения автомобиля на высшей передаче по условию величины динамического фактора Vк5: Vк5 = 63,047 км/ч .

10. Скоростной диапазон автомобиля на высшей передаче dV5 :

;

(3.15)

.

11. Силовой диапазон автомобиля на высшей передаче dD5:

;

(3.16)

.

3.3 Ускорение автомобиля при разгоне

Ускорение рассчитывают применительно к горизонтальной дороге с твердым покрытием при условии максимального использования мощности двигателя и отсутствии буксования ведущих колес.

3.3.1 Построение графика ускорение автомобиля при разгоне

Величину ускорения находим из уравнения, связывающего динамический фактор с условиями движения автомобиля:

;

(3.17)

где  – коэффициент учета вращающихся масс;

;

(3.18)

для одиночных автомобилей при их номинальной нагрузке можно считать  ; .

Таким образом, имеем:


;

(3.19)

Производим расчеты:

Последующие расчеты ведем аналогично. Результаты расчетов заносим в таблицу 3.5. Полученные значения наносим на график ускорений автомобиля.

По рассчитанным значениям строим график ускорений автомобиля (рисунок 3.3).

Таблица 3.5

Результаты расчетов ускорения автомобиля а

№ п/п

n, об/мин

1-я передача

2-я передача

3-я передача

4-я передача

5-я передача

V1, км/ч

ax1,

V2, км/ч

ax2,

V3, км/ч

ax3,

V4, км/ч

ax4,

V5, км/ч

ax5,

1

600

4,531

1,421

8,449

0,955

12,142

0,677

17,509

0,448

21,016

0,354

2

800

6,042

1,509

11,266

1,016

16,189

0,72

23,346

0,476

28,021

0,375

3

1000

7,552

1,592

14,082

1,073

20,236

0,76

29,182

0,5

35,026

0,391

4

1200

9,063

1,665

16,899

1,123

24,283

0,795

35,019

0,521

42,031

0,403

5

1400

10,573

1,736

19,715

1,171

28,331

0,828

40,855

0,537

49,037

0,411

6

1600

12,084

1,796

22,532

1,212

32,378

0,855

46,692

0,549

56,042

0,414

7

1800

13,594

1,853

25,348

1,25

36,425

0,879

52,528

0,558

63,047

0,414

8

2000

15,105

1,902

28,165

1,281

40,472

0,899

58,365

0,563

70,052

0,409

9

2200

16,615

1,946

30,981

1,31

44,52

0,915

64,201

0,563

77,058

0,4

10

2400

18,126

1,983

33,798

1,333

48,567

0,927

70,038

0,56

84,063

0,387

11

2600

19,636

2,014

36,614

1,351

52,614

0,935

75,874

0,554

91,068

0,37

12

2800

21,147

2,038

39,431

1,365

56,661

0,938

81,711

0,544

98,073

0,349

13

3000

22,657

2,057

42,247

1,374

60,709

0,938

87,547

0,529

105,079

0,323

Продолжение таблицы 3.5

14

3200

24,168

2,069

45,064

1,378

64,756

0,935

93,383

0,51

112,084

0,294

15

3400

25,678

2,074

47,88

1,378

68,803

0,926

99,22

0,489

119,089

0,26

16

3600

27,189

2,073

50,696

1,372

72,85

0,915

105,056

0,462

126,094

0,221

17

3800

28,699

2,066

53,513

1,362

76,898

0,898

110,893

0,432

133,1

0,179

18

4000

30,21

2,053

56,329

1,348

80,945

0,879

116,729

0,399

140,105

0,133

19

4200

31,72

2,033

59,146

1,329

84,992

0,855

122,566

0,361

147,11

0,083

20

4400

33,231

2,007

61,962

1,305

89,039

0,827

128,402

0,32

154,115

0,029

21

4600

34,741

1,975

64,779

1,276

93,087

0,796

134,239

0,274

161,121

-0,03

22

4800

36,252

1,937

67,595

1,242

97,134

0,76

140,075

0,225

168,126

-0,093

23

5000

37,762

1,892

70,412

1,204

101,181

0,721

145,912

0,173

175,131

-0,16

24

5200

39,273

1,84

73,228

1,161

105,228

0,677

151,748

0,115

182,136

-0,231

25

5400

40,783

1,783

76,045

1,114

109,276

0,629

157,585

0,055

189,142

-0,306

26

5600

42,294

1,719

78,861

1,061

113,323

0,577

163,421

-0,009

196,147

-0,386

27

5800

43,804

1,649

81,678

1,005

117,37

0,522

169,258

-0,078

203,152

-0,469

28

6000

45,314

1,573

84,494

0,943

121,417

0,463

175,094

-0,15

210,157

-0,557

Рисунок 3.3 График ускорений автомобиля


3.3.2 Практическое использование графика ускорений автомобиля

По графику ускорений автомобиля определяем следующие показатели:

1. Максимальное ускорение ахmax: ахmax = 2,074 .

2. Скорость автомобиля при максимальном ускорении Vaxmax:

Vaxmax = 25,678 км/ч.

3. Максимальное ускорение на высшей передаче ax5max: ax5max = 0,415 .

4. Скорость автомобиля на высшей передаче при максимальном ускорении Vax5max: Vax5max = 60 км/ч.

5. Максимальная скорость движения автомобиля на 5-й и 4-й передаче

Vmax = 156 км/ч, V’max = 161 км/ч.

3.4 Характеристика времени и пути разгона автомобиля

Путь и время разгона рассчитывают в предположении, что автомобиль разгоняется на ровной горизонтальной дороге, при полной подаче топлива, на участке длиной 2000 м (соглсно ГОСТ 22576-90 “Автотранспортные средства. Скоростные свойства. Методы испытаний.”).

3.4.1 Определение времени разгона

Трогание автомобиля с места начинают на передаче, обеспечивающей максимальное ускорение. Для определения наиболее интенсивного разгона в расчет вводят максимально возможное ускорение при данной скорости движения автомобиля.

Для первой передачи расчет ведется в диапазоне от Vmink до Vmaxk.

Для определения времени разгона разбиваем кривую ускорения на каждой передаче на интервалы. Определим изменение скорости на этих промежутках:

.

(3.20)

Среднее ускорение для i-того интервала составит:

.

(3.21)

Время движения автомобиля Δti в секундах, за которое его скорость вырастает на величину ΔVi, определяется по закону равноускоренного движения:

.

(3.22)

Общее время разгона автомобиля на k-ой передаче от скорости Vmink  до Vmaxk, при которой начинается переключение на (k + 1)-ую передачу, находят суммированием времен разгона в интервалах:

(3.23)

Принимаем время переключения передачи  с.

Падение скорости автомобиля при переключении передачи рассчитываем по формуле:

.

(3.24)

Для следующей передачи расчет ведется в диапазоне от Vmink+1 = VmaxkVП до Vmaxk+1.

Производим расчеты. Рассчитанные значения заносим в таблицы 3.6 для   1-й передачи, 3.7 для 2-й передачи, 3.8 для 3-й передачи, 3.9 для 4-й передачи. Для 5-й передачи расчет не проводится.

3.4.2 Определение пути разгона

Средняя скорость в интервале от  до  составляет:

.

(3.25)

При равноускоренном движении в интервале от  до  путь проходимый автомобилем составляет:

.

(3.26)

Путь разгона автомобиля от минимальной скорости до максимальной на данной передаче определяем суммированием:

(3.27)

Определим путь проходимый автомобилем за время переключения передачи:

.

(3.28)

Для построения графика разгона автомобиля время и путь разгона на последующей передаче прибавляется к соответствующим значениям на предыдущей передаче.

Производим расчеты. Рассчитанные значения заносим в таблицы 3.6 для   1-й передачи, 3.7 для 2-й передачи, 3.8 для 3-й передачи, 3.9 для 4-й передачи.

Производим построение скоростных характеристик времени (рисунок 3.4) и пути разгона автомобиля (рисунок 3.5).

Таблица 3.6

Расчет характеристик времени и пути разгона автомобиля на 1-й передаче

№ п/п

Vi1, км/ч

Vi1, м/с

ΔVi1, м/с

ai1, м/с2

aiср1, м/с2

Δti1, c

ti1, c

tП1, c

Vmax1VП1 , км/ч

Viср1, м/с

ΔSi1, м

Si1, м

SП1, м

1

4,531

1,259

1,421

0

1

44,882

0

12,5272

2

6,042

1,678

0,419

1,509

1,465

0,28601

0,28601

1,4685

0,42

0,42

3

7,552

2,098

0,42

1,592

1,551

0,27079

0,5568

1,888

0,511

0,931

4

9,063

2,518

0,42

1,665

1,629

0,25783

0,81463

2,308

0,595

1,526

5

10,573

2,937

0,419

1,736

1,701

0,24633

1,06096

2,7275

0,672

2,198

6

12,084

3,357

0,42

1,796

1,766

0,23783

1,29879

3,147

0,748

2,946

7

13,594

3,776

0,419

1,853

1,825

0,22959

1,52838

3,5665

0,819

3,765

8

15,105

4,196

0,42

1,902

1,878

0,22364

1,75202

3,986

0,891

4,656

9

16,615

4,615

0,419

1,946

1,924

0,21778

1,9698

4,4055

0,959

5,615

10

18,126

5,035

0,42

1,983

1,965

0,21374

2,18354

4,825

1,031

6,646

11

19,636

5,454

0,419

2,014

1,999

0,2096

2,39314

5,2445

1,099

7,745

12

21,147

5,874

0,42

2,038

2,026

0,20731

2,60045

5,664

1,174

8,919

13

22,657

6,294

0,42

2,057

2,048

0,20508

2,80553

6,084

1,248

10,167

14

24,168

6,713

0,419

2,069

2,063

0,2031

3,00863

6,5035

1,321

11,488

15

25,678

7,133

0,42

2,074

2,072

0,2027

3,21133

6,923

1,403

12,891

16

27,189

7,553

0,42

2,073

2,074

0,20251

3,41384

7,343

1,487

14,378

17

28,699

7,972

0,419

2,066

2,07

0,20242

3,61626

7,7625

1,571

15,949

18

30,21

8,392

0,42

2,053

2,06

0,20388

3,82014

8,182

1,668

17,617

19

31,72

8,811

0,419

2,033

2,043

0,20509

4,02523

8,6015

1,764

19,381

20

33,231

9,231

0,42

2,007

2,02

0,20792

4,23315

9,021

1,876

21,257

21

34,741

9,65

0,419

1,975

1,991

0,21045

4,4436

9,4405

1,987

23,244

22

36,252

10,07

0,42

1,937

1,956

0,21472

4,65832

9,86

2,117

25,361

23

37,762

10,489

0,419

1,892

1,915

0,2188

4,87712

10,2795

2,249

27,61

Продолжение таблицы 3.6

24

39,273

10,909

0,42

1,84

1,866

0,22508

5,1022

10,699

2,408

30,018

25

40,783

11,329

0,42

1,783

1,812

0,23179

5,33399

11,119

2,577

32,595

26

42,294

11,748

0,419

1,719

1,751

0,23929

5,57328

11,5385

2,761

35,356

27

43,804

12,168

0,42

1,649

1,684

0,24941

5,82269

11,958

2,982

38,338

28

45,314

12,587

0,419

1,573

1,611

0,26009

6,08278

12,3775

3,219

41,557

Таблица 3.7

Расчет характеристик времени и пути разгона автомобиля на 2-й передаче

№ п/п

Vi2, км/ч

Vi2, м/с

ΔVi2, м/с

ai2, м/с2

aiср2, м/с2

Δti2, c

ti2, c

tП2, c

Vmax2VП2 , км/ч

Viср2, м/с

ΔSi2, м

Si2, м

SП2, м

5

6

7

8

9

10

11

12

13

44,882

12,467

1,374

7,08278

54,084

14

45,064

12,518

0,05

1,378

1,376

0,03634

7,11912

12,4925

0,454

54,538

15

47,88

13,3

0,78

1,378

1,378

0,56604

7,68516

12,909

7,307

61,845

16

50,696

14,082

0,78

1,372

1,375

0,56727

8,25243

13,691

7,766

69,611

17

53,513

14,865

0,78

1,362

1,367

0,57059

8,82302

14,4735

8,258

77,869

18

56,329

15,647

0,78

1,348

1,355

0,57565

9,39867

15,256

8,782

86,651

19

59,146

16,429

0,78

1,329

1,339

0,58252

9,98119

16,038

9,342

95,993

20

61,962

17,212

0,78

1,305

1,317

0,59226

10,57345

16,8205

9,962

105,955

21

64,779

17,994

0,78

1,276

1,291

0,60418

11,17763

17,603

10,635

116,590

22

67,595

18,776

0,78

1,242

1,259

0,61954

11,79717

18,385

11,39

127,980

23

70,412

19,559

0,78

1,204

1,223

0,63778

12,43495

19,1675

12,225

140,205

24

73,228

20,341

0,78

1,161

1,183

0,65934

13,09429

19,95

13,154

153,359

25

76,045

21,124

0,78

1,114

1,138

0,68541

13,7797

20,7325

14,21

167,569

26

78,861

21,906

0,78

1,061

1,088

0,71691

14,49661

21,515

15,424

182,993

27

81,678

22,688

0,78

1,005

1,033

0,75508

15,25169

22,297

16,836

199,829

28

84,494

23,471

0,78

0,943

0,974

0,80082

16,05251

23,0795

18,483

218,312

Таблица 3.8

Расчет характеристик времени и пути разгона автомобиля на 3-й передаче

№ п/п

Vi3, км/ч

Vi3, м/с

ΔVi3, м/с

ai3, м/с2

aiср3, м/с2

Δti3, c

ti3, c

tП3, c

Vmax3VП3 , км/ч

Viср3, м/с

ΔSi3, м

Si3, м

SП3, м

1

1

120,8

33,6413

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

83,988

23,33

0,879

17,05251

241,713

19

84,992

23,609

0,28

0,855

0,867

0,32295

17,37546

23,4695

7,579

249,292

20

89,039

24,733

1,12

0,827

0,841

1,33175

18,70721

24,171

32,19

281,482

21

93,087

25,858

1,13

0,796

0,812

1,39163

20,09884

25,2955

35,202

316,684

22

97,134

26,982

1,12

0,76

0,778

1,43959

21,53843

26,42

38,034

354,718

23

101,181

28,106

1,12

0,721

0,741

1,51147

23,0499

27,544

41,632

396,350

24

105,228

29,23

1,12

0,677

0,699

1,60229

24,65219

28,668

45,934

442,284

25

109,276

30,354

1,12

0,629

0,653

1,71516

26,36735

29,792

51,098

493,382

26

113,323

31,479

1,13

0,577

0,603

1,87396

28,24131

30,9165

57,936

551,318

27

117,37

32,603

1,12

0,522

0,55

2,03636

30,27767

32,041

65,247

616,565

28

121,417

33,727

1,12

0,463

0,493

2,27181

32,54948

33,165

75,345