Тяговые расчеты автомобильного подвижного состава

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Исходные данные

2. Выполнение расчетно-графической работы

2.1 Внешняя скоростная характеристика двигателя

2.2 Мощностной баланс

2.3 Скоростная характеристика автомобиля

2.4 Динамическая характеристика

2.5 Ускорение автомобиля и время разгона

Заключение

Использованная литература

Введение

Эффективная эксплуатация промышленного транспорта возможна только при наличие теоретического анализа эксплуатационных средств автомобиля и специализированного подвижного состава. Условием повышения производительности и снижения себестоимости при использовании автомобилей в различных климатических, нагрузочных и дорожных условиях является объективно обоснованная технология и организация транспортного процесса. Поэтому перед студентами ставится задача научиться проводить анализ свойств различных по типам автомобилей с помощью таблиц, уравнений, графиков и рационально применять их в практике эксплуатации подвижного состава.

Основная цель работы по автотранспортным средствам и двигателям заключается в совершенствовании методов самостоятельной работы, улучшения знаний, полученных во время лекций. Значение данной работы позволит в дальнейшем систематизировать эксплуатационные наблюдения для разработки предложений по совершенствованию конструкции автомобилей, планирования и организации перевозок.

1. Исходные данные

Марка машины: Камаз-6350

Тип дорожного покрытия: грунтовая

Направление и значения уклона: подъем 55 ‰

Таблица 1.1 Техническая характеристика

Наименование параметра	Единицы измерения	Показатель
1. Собственная масса автомобиля		12600
на переднюю ось	кг	7950
на тележку		4650
2. Грузоподъемность	кг	14000
3. Полная масса автомобиля		26800
на переднюю ось	кг	11200
на тележку		15600
4. Габаритные размеры: длина		9850
ширина	мм	2500
высота		3080
5. Колея колес: передних	мм	2050
задних	мм	2050
6. Максимальная скорость движения	км/ч
7. Контрольный расход топлива при движении со скорость 40 км/ч	л/100км
8. Тормозной путь со скорости 40 км/ч не более	м
9. Запас хода по контрольному расходу топлива	км
10. Радиус поворота по оси следа внешнего переднего колеса	м
11. Наружный габаритный радиус поворота	м
12.Наименьший дорожный просвет: под передней осью	мм
под задней осью
13. Передний / задний углы свеса	град
14. Размер шин	м
15. Количество колес: на передней оси	шт.
на задней оси
16. Давление в шинах колес: передних	кгс/см2
задних
17. Рабочий объем двигателя	л
18. Степень сжатия
19. Максимальная (номинальная) мощность двигателя	кВт
20. Частота вращения коленчатого вала при максимальной мощности	об/мин
21. Максимальный крутящий момент	кгс Н (Н м)
22. Частота вращения коленчатого вала при максимальном крутя- щем моменте	об/мин	1800 - 2000
23. Передаточные числа коробки передач		1-6,17; 2-3,4;
		3-1,79; 4-1,00;
		5-0,78; З.Х.-6,60
главной передачи		8,05
24. Количество карданных передач	шт.	1
25. Коэффициент сопротивления качению колес		0,03

2. Выполнение расчетно-графической работы

2.1 Внешняя скоростная характеристика двигателя

Внешняя скоростная характеристика двигателя представляет собой зависимость от частоты вращения коленчатого вала следующих параметров:

мощности;

крутящего момента;

удельного расхода топлива;

часового расхода топлива.

Характеристика строится при условии полной подачи топлива в двигатель.

Для расчета и построения характеристики необходимо знать следующие исходные данные:

номинальная мощность двигателя;

частота вращения коленчатого вала при номинальной мощности двигателя;

максимальный крутящий момент;

частота вращения коленчатого вала при максимальном крутящем моменте.

Зависимость мощности двигателя от частоты вращения коленчатого вала можно представить в виде математического выражения:

(2.1)

где Nmax - максимальная мощность двигателя, Вт;

- отношение частоты вращения вала двигателя к частоте вращения, соответствующей максимальной мощности nmax. Рекомендуется значения принять равными 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0; 1,2.

a,b,c - эмпирические коэффициенты, которые следует принимать для контрольного двигателя на основании табл. 2.1 /1/.

На основании приведенного выражения (2.1) определяются крутящие моменты на валу двигателя для рассмотренных значений числа оборотов:

(2.2)

где - крутящий момент на валу двигателя, Вт;

- мощность двигателя, Вт;

- число оборотов вала двигателя, соответствующее этой мощности, об/с.

- 3,14.

Часовой расход топлива зависит от рабочего объема двигателя и от числа оборотов вала . В общем виде для четырехтактного двигателя:

(2.3)

где Gч - часовой расход топлива, кг/ч;

Р0 - среднее давление в двигателе, кг/см2;

Vh - рабочий объем двигателя, см3;

Rвозд - газовая постоянная воздуха, Rвозд = 8,31 Дж/моль К;

Т0 - температура газов в цилиндре, К;

- коэффициент наполнения двигателя;

- число оборотов вала двигателя, соответствующее этой мощности, об/с;

- коэффициент избытка топлива;

- весовое количество воздуха.

Для четырехтактных дизельных двигателей давление и температура мало зависят от степени сжатия, поэтому рекомендуется в расчетах принимать Р0 = 0,85 кгс/ см2; Т0 = 700С.

Коэффициент наполнения двигателя зависит от нагрузки на двигатель и числа оборотов коленчатого вала. Для различных двигателей его можно определить по различным графикам и таблицам. /1/

Значения числа оборотов в расчете принимать те же, что и в формуле (2.2). Отношение : рекомендуется принимать для карбюраторных двигателей 1:15, для дизельных 1:14,5.

Удельный расход топлива характеризует эффективность использования топлива в двигателе:

. (2.4)

Результаты расчетов внешней скоростной характеристики двигателя следует свести в табл. 2.1. Зависимость мощности, момента и расходов топлива от частоты вращения коленчатого валя построить в графической форме.

Пример расчета:

об/с



Таблица 2.1 Результаты скоростной характеристики

Параметр	Единица измерения	Показатели по расчетным точкам
		1	2	3	4	5	6
Частота вращения коленчатого вала	об/с	7,33	14,66	22	29,3	36,6	44
Мощность двигателя	кВт	42,31	103,83	170,7	229,04	265	264,7
Крутящий момент	Н м	918,83	1127,36	1235,54	1243,36	1150,83	957,95
Часовой расход топлива	кг/ч	25,54	51,08	76,62	102,16	127,7	153,24
Удельный расход топлива	г/Вт ч	0,6	0,49	0,448	0,446	0,48	0,578

Внешняя скоростная характеристики двигателя

Рис.2.1.1



Рис.2.1.2

Рис.2.1.3

Рис.2.1.4

Вывод: в результате расчетов было получено, что максимальная мощность равна 264,7 кВт достигается при 44 об/с коленчатого вала при часовом расходе топлива в количестве 153,24 кг/ч; минимальный удельный расход топлива достигается при 7,33 , 14,66 ,22 об/с коленчатого вала; максимальный крутящий момент достигается при 22 об/с коленчатого вала.

2.2 Мощностной баланс

Развиваемая двигателем мощность расходуется на преодоление внутренних и внешних сопротивлений движению. Запас мощности рассчитывается графоаналитическим методом. Для его определения необходимо вычислить следующие составляющие мощностного баланса: потери мощности в трансмиссии и на привод вспомогательных агрегатов двигателя, на сопротивление качению колес автомобиля, на подъем дороги, на сопротивление воздуха.

Мощностной баланс необходимо рассчитать для прямой или ускоряющей передачи n и для передачи на одну ступень с меньшим передаточным числом в коробке (n-1).

В общем виде мощностной баланс автомобиля можно представить в виде:

(2.5)

где Nf - мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления качению колес.

(2.6)

где f - коэффициент сопротивления качению, принимается из табл. 2.6 /1/;

Ga - полная масса автомобиля, кг;

- угол продольного уклона дороги, град;

Va - скорость движения автомобиля, км/ч.

При скорости больше 50 км/ч коэффициент f определяется по формуле:

(2.7)

Для автомобиля с прицепом принимается поправочный коэффициент - 1,08.

Nw - мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления воздуха:

(2.8)

k - коэффициент сопротивления воздушной среды, принимается для тяжелых грузовиков 0,64 - 0,74 Н с2/м4, для средних 0,54 - 0,69 Н с2/м4, для автобусов 0,24 - 0,49 Н с2/м4, для легковых автомобилей 0,15 - 0,29 Н с2/м4.

Для автомобилей с прицепом принимается поправочный коэффициент - 1,32.

F - лобовая площадь автомобиля, м2; определяется по формуле:

(2.9)

где В и H - ширина и высота автомобиля, м.

Na - мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления подъему:

(2.10)

Nj - мощность, затрачиваемая на преодоление инерции:

 (2.11)

- коэффициент инерции, приближенно может быть определен по формуле:

(2.12)

а - условный коэффициент, для легковых автомобилей а = 0,03-0,05; для грузовиков и автобусов а = 0,05-0,07;

ik - передаточное число коробки передач;

g - ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с2;

ja - ускорение автомобиля, в зависимости от марки автомобиля находится в пределах 0,3-1 м/с2;

Принимаем, что движение происходит равномерно, без изменения скорости, поэтому Nj = 0.

- коэффициент полезного действия трансмиссии: с одинарной главной передачей 0,85-0,9; с двойной или червячной - 0,80-0,85.

Мощностной баланс и его составляющие рассчитываются для значений скорости автомобиля Va, соответствующих частотам вращения коленчатого вала при определении скоростной характеристики двигателя.

(2.13)

где - радиус колеса, м;

i0 - передаточное число главной передачи;

iкп - передаточное число колесной передачи, при отсутствии колесной передачи iкп = 1;

iр - передаточное число раздаточной коробки, при ее отсутствии iр =1.

Результаты расчетов мощностного баланса занести в табл. 2.2 и построить зависимости мощностного баланса в функции скорости движения транспортного средства.

Пример расчета:

;

Таблица 2.2 Мощностной баланс

Параметр	Единицы измерения	Показатели по расчетным точкам
		1	2	3	4	5	6
1 передача
Va	км/ч	1,06	2,12	3,18	4,25	5,31	6,37
Nf	кВт	1,95	3,91	5,87	7,82	9,78	11,74
Nw	кВт	0,09	0,76	2,57	6,11	11,94	20,63
Na	кВт	3,59	7,18	11,77	14,36	17,95	21,55
Ne	кВт	23,01	46,69	71,73	98,79	128,55	161,68
	кВт	19,3	57,13	98,96	130,25	136,44	103,02
2 передача
Va	км/ч	1,62	3,24	4,86	6,48	8,1	9,72
Nf	кВт	2,98	5,97	8,95	11,94	14,92	17,91
Nw	кВт	0,33	2,71	9,15	21,7	42,39	73,25
Na	кВт	5,47	10,95	16,37	21,91	27,39	32,87
Ne	кВт	23,81	50,02	81,02	119,2	166,96	226,68
	кВт	18,49	53,81	89,67	109,83	98,03	38,01
3 передача
Va	км/ч	2,56	4,53	6,8	9,07	11,34	13,61
Nf	кВт	4,17	8,35	12,53	16,71	20,89	25,06
Nw	кВт	0,92	7,43	25,09	59,49	116,2	200,79
Na	кВт	7,66	15,33	23	30,67	38,33	46
Ne	кВт	27,92	62,4	110,01	177,3	270,85	397,2
	кВт	14,39	41,43	60,68	51,73	-5,85	-132,5
4 передача
Va	км/ч	3,1	6,21	9,32	12,42	15,53	18,64
Nf	кВт	5,72	11,44	17,16	22,88	28,6	34,32
Nw	кВт	2,38	19,09	64,44	152,76	298,36	515,57
Na	кВт	10,5	21	31,5	42	52,5	63
Ne	кВт	35,58	88,01	174,14	310,82	514,89	803,2
	кВт	6,73	15,82	-3,44	-81,77	-249,89	-538,5
5 передача
Va	км/ч	4,2	8,41	12,61	16,82	21,03	25,23
Nf	кВт	7,74	15,49	23,23	90,98	38,72	46,47
Nw	кВт	5,92	47,37	159,89	379,01	740,26	1279,1
Na	кВт	14,21	28,42	42,64	56,85	71,07	85,28
Ne	кВт	48,55	138,9	312,86	612,23	1078,81	1754,41
	кВт
Ng	кВт
6 передача
Va	км/ч
Nf	кВт
Nw	кВт
Na	кВт
Ne	кВт
	кВт
Ng	кВт
7 передача
Va	км/ч
Nf	кВт
Nw	кВт
Na	кВт
Ne	кВт
	кВт
Ng	кВт
8 передача
Va	км/ч
Nf	кВт
Nw	кВт
Na	кВт
Ne	кВт
	кВт
Ng	кВт

Мощностной баланс автомобиля (для 1 передачи)

Рис. 2.2

Мощностной баланс автомобиля (для 5 передачи)

Рис. 2.3

Вывод: в результате расчета получено, что максимальная скорость движения составляет 16,02 км/ч для первой передачи и 126,74 км/ч для пятой передачи.

2.3 Скоростная характеристика автомобиля

Одним из методов решения дифференциального уравнения движения автомобиля является скоростная характеристика. Для построения характеристики необходимо рассчитать тяговую силу на ведущих колесах для всех передач коробки, силы внешних сопротивлений движению.

В общем виде уравнение движения автомобиля можно представит в виде:

(2.14)

где Fk - сила тяги на ведущих колесах автомобиля, Н, определяется из выражения:

(2.15)

Значения Mg соответствуют тем же, что были получены ранее из выражения (2.2), значения i0, iкп, iр , - аналогичны (2.13), - (2.5);

- сопротивление качению колес, кг;

- сила сопротивления воздуха движению автомобиля, кг;

тяговой расчет автомобильный подвижный состав

- сила сопротивления подъему, кг;

- сила инерции автомобиля, кг, в расчетах движение принимаем равномерным, поэтому

В зависимости от соотношения сил, движение может быть ускоренным

Замедленным

Равномерным

предварительно необходимо перевести единицы измерения силы тяги из Н в кг.

Результаты расчетов свести в табл. 2.3 и построить характеристики.

Пример расчета:

Таблица 2.3 Тяговый баланс

Параметр	Единица измерения	Показатели по расчетным точкам
		1	2	3	4	5	6
1 передача
Va	км/ч	2,75	5,26	8,01	10,51	13,27	16,02
Fk	кг	3495,53	3914,16	3735,99	3321,12	3126,68	2361,50
Ww	кг	0,57	2,07	4,81	8,29	13,2	19,25
2 передача
Va	км/ч	4,99	9,54	14,54	19,08	24,08	29,08
Fk	кг	1926,23	2156,91	2058,73	1830,12	1722,97	1301,31
Ww	кг	1,87	6,83	15,85	27,31	43,48	63,40
3 передача
Va	км/ч	9,49	18,12	27,61	36,24	45,74	55,23
Fk	кг	1014,10	1135,55	1083,86	963,50	907,09	685,1
Ww	кг	6,76	24,63	57,19	98,52	156,88	228,76
4 передача
Va	км/ч	16,99	32,44	49,43	64,88	81,87	98,86
Fk	кг	566,54	634,39	605,51	538,27	506,76	382,74
Ww	кг	21,65	78,91	183,24	315,66	502,66	732,96
5 передача
Va	км/ч	21,78	41,59	63,37	83,17	104,96	126,74
Fk	кг	441,90	494,82	472,30	419,85	395,27	298,54
Ww	кг	35,59	129,71	301,18	518,83	826,19	1204,73
Wf	кг	445,5	445,5	445,5	445,5	445,5	445,5
Wa	кг	262	262	262	262	262	262



Рис. 2.4

Вывод: критическая скорость движения составляет км/ч, максимальная - км/ч.

2.4 Динамическая характеристика

Динамическая характеристика это удельная избыточная сила, которая может быть израсходована на преодоление дорожных сопротивлений. Характеристика позволяет оценивать и сопоставлять динамические качества различных типов автомобилей. Для ее построения необходимо рассчитать динамический фактор для всех передач коробки, коэффициент суммарного сопротивления движению и динамический фактор по сцеплению шин с дорогой.

Динамические факторы для груженного и порожнего автомобиля рассчитываются по формуле:

(2.16)

Значения динамического фактора определяются для полученных ранее значений Fk и Ww.

Максимальный динамический фактор по условиям сцепления колес с дорогой:

(2.17)

где Gсц - вес автомобиля, приходящийся на сцепные колеса, кг;

- коэффициент сцепления колес с дорогой, принимается в зависимости от типа дорожного покрытия.

Расчеты представить в форме табл. 2.4 и построить характеристику в графическом виде с нанесением на нее ограничения по сцеплению колес с дорогой.

Пример расчета:

Таблица 2.4 Динамический фактор

Параметр	Единица измерения	Показатели по расчетным точкам
		1	2	3	4	5	6
1 передача
Va	км/ч	2,75	5,26	8,01	10,51	13,27	16,02
Fk	кг	3495,53	3914,16	3735,99	3321,12	3126,67	2361,12
Ww	кг	0,57	2,07	4,81	8,29	13,28	19,35
Dгр		0,23	0,26	0,26	0,23	0,21	0,16
Dпор		0,48	0,54	0,54	0,47	0,43	0,32
2 передача
Va	км/ч	4,99	9,54	14,54	19,08	24,08	29,08
Fk	кг	1926,23	2156,91	2058,73	1830,12	1722,96	1301,31
Ww	кг	1,88	6,86	15,94	27,31	43,72	63,76
Dгр		0,13	0,14	0,14	0,12	0,11	0,08
Dпор		0,26	0,29	0,28	0,26	0,23	0,17
3 передача
Va	км/ч	9,49	18,12	27,61	36,24	45,74	55,23
Fk	кг	1014,11	1135,54	1083,86	963,50	907,09	685,1
Ww	кг	6,79	24,76	57,48	98,52	157,75	228,76
Dгр		0,07	0,07	0,07	0,06	0,05	0,05
Dпор		0,26	0,29	0,28	0,25	0,23	0,17
4 передача
Va	км/ч	16,99	32,44	49,43	64,88	81,87	98,86
Fk	кг	566,54	634,39	605,51	538,27	506,76	382,74
Ww	кг	21,76	78,91	183,24	315,66	502,66	732,96
Dгр		0,04	0,04	0,03	0,014	0,0002	-0,02
Dпор
5 передача
Va	км/ч	21,78	41,59	63,37	83,17	104,96	126,74
Fk	кг	441,90	494,82	472,30	419,85	395,27	298,54
Ww	кг	35,77	129,71	301,18	518,83	826,19	1204,73
Dгр		0,03	0,02	0,01	-0,007	-0,03	-0,06
Dпор		0,06	0,05	0,02	-0,01	-0,06	-0,12
Dmax (груженый)		0,16	0,16	0,16	0,16	0,16	0,16
f		0,03	0,03	0,03	0,03	0,03	0,03
f+i		0,043	0,043	0,043	0,043	0,043	0,043



Рис. 2.5

Вывод: по результатам расчета очевидно, критическая скорость составляет км/ч, максимальная - км/ч; автомобиль без буксования и скольжения ведущих колес будет двигаться при выполнении условия Dmax > D.

2.5 Ускорение автомобиля и время разгона

Ускорение является одним из основных параметров разгона автомобиля. Рассчитывается ускорение на основании динамической характеристики по формуле:

где

- коэффициент суммарного сопротивления дороги.

Зависимость величин, обратных ускорению, в функции скорости разгона позволяет определить время разгона. Перечисленные параметры необходимо рассчитать, записать в табл. 2.5 и построить графически.

Пример расчета:

(для груженого);

(для груженого).

Таблица 2.5 Ускорение автомобиля и время разгона

Параметр	Единица измерения	Показатели по расчетным точкам	Примечание
		1	2	3	4	5	6
j1	м/с2	0,56	0,65	0,65	0,56	0,5	0,35	1,92
1/j1	с2/м	1,79	1,54	1,54	1,79	2,0	2,86
j2	м/с2	0,21	0,68	0,56	0,45	0,39	0,35	2,59
1/j2	с2/м	4,66	1,47	1,78	2,21	2,57	2,86
j3	м/с2	0,16	0,16	0,16	0,15	0,14	0,12	6,8
1/j3	с2/м	6,38	6,38	6,38	6,27	7,14	8,33
j4	м/с2	0,01	0,01	-0,009	-0,0019	-0,029	-0,029	-18,78
1/j4	с2/м	10	10	-11,11	-52,63	-34,48	-34,48
j5	м/с2	-0,019	-0,019	-0,029	-0,029	-0,034	-0,034	-38,84
1/j5	с2/м	-52,63	-52,63	-34,48	-34,48	-29,41	-29,41

Примечание: в примечании рассчитывается и записывается (1/ji)ср как среднее арифметическое от значений 1/ji для каждой передачи.

Рис. 2.6



Рис. 2.7

Зависимость времени от скорости разгона определяется графоаналитическим интегрированием. Для построения зависимости времени разгона от скорости всю площадь под кривыми величин, обратных ускорению, разделяют вертикальными линиями на шесть равномерных по горизонтали участков. Ширина каждого участка определяет постоянную величину интервала скорости, в которой будет определятся время разгона.

Зависимость времени разгона от скорости строится по результатам подсчета величины площадей отдельных участков и их суммирования. Площадь i-ого участка определяется умножением (1/ji)ср на Vai. В том случае, когда под кривой 1/ji располагается два и более участка, отдельно рассчитывается среднее значение 1/ji над конкретным участком. Для определения площадей предварительно перевести Va из км/ч в м/с. Результаты оформляются в виде таблицы 2.6 и рисунка 2.7.

На основании рис. 2.7 графоаналитическим интегрированием рассчитывается путь разгона.

Горизонтальную ось скорости следует разделить на шесть одинаковых интервалов аналогично рис. 2.7. В каждой точке восстановить перпендикуляр до пересечения с зависимостью времени от скорости. Через точку пересечения провести горизонталь до пересечения с вертикальной осью. Затем необходимо посчитать площадь между двумя отдельными горизонтальными линиями.

Результаты расчетов записать в табл. 2.6 и построить зависимость пути разгона от скорости в графической форме.

Пример расчета:

Таблица 2.6 Результаты расчета времени разгона

Параметр	Единица измерения	Показатели по расчетным точкам
		1	2	3	4	5	6
Интервалы скоростей	км/ч	0-20	20-40	40-60	60-80	80-100	100-120
Площадь под кривой в каждом интервале скоростей	с	10	36,14	44,48
Суммарная площадь	с	10	46,14	90,62
Время разгона	с	10	46,14	90,62



Рис. 2.8

Вывод: автомобиль разгонится до скорости 60 км/ч за 90,62 сек.

По рис. 2.8 найдем площадь участков:

По полученным значениям построим график пути разгона.



Рис. 2.9

Вывод: путь разгона автомобиля до скорости 60 км/ч составляет 303 м.

Заключение

Итогом расчета данной работы является получение ряда графиков и таблиц, в которых отражены все основные характеристики движения данного автомобиля при заданных условиях движения. Анализ полученных данных позволил нам определить максимальную мощность двигателя, максимальное количество оборотов вала двигателя, часовой и удельный расход топлива при этой мощности, максимальную и критическую скорости движения, условия движения автомобиля без скольжения и буксования его ведущих колес, а также время и путь разгона автомобиля до заданной скорости движения.

Использованная литература

Краткий автомобильный справочник. М: Транспорт, 1988г.

Методические указания по выполнению курсового проекта по дисциплине «Автотранспортные средства и двигатели» для студентов специальности 2401 дневной и заочной форм обучения. Магнитогорск: МГТУ, 1995г. 30с.

Размещено на Allbest.ru