Задача №3а

Условие. Определить весовую норму поезда из локомотива весом Р = 200 т и состава Q из груженых вагонов по условию трогания с места на подъёме i = = 35 ^°/_°° и разгоне с ускорением а = 0,05 м/с².

Пример решения задачи № 3а

1. Строим расчётную схему трогания и разгона поезда на подъёме:

2. Составим дифференциальное уравнение разгона поезда:

,

где = 127;

i ≈ α;

в км/ч².

3. Касательная сила тяги локомотива определяется по формуле:

,

где Р – в тоннах;

v в км/ч.

4. После подстановки получаем:

Расчётный вес состава равен:

5. Для вагонов на подшипниках качения при трогании с места имеем:

6. Для локомотива имеем:

7. Переводим размерность ускорения из м/с² в км/ч²:

8. Определяем вес состава:

9. Весовая норма поезда равна:

Задача №4 Расчет динамического паспорта автомобиля и расхода топлива на перевозку груза

На основании технической характеристики автомобиля КАМАЗ-6511 и исходных данных рассчитать динамический паспорт и расход топлива на перевозку груза. Тип покрытия дороги: асфальтобетонное. Вариант дороги: №1. Масса груза: М_гр=450 т. Условно не учитывать время и затраты на замедление, остановки и разгон.

Пример решения задачи № 4.

Динамический паспорт автомобиля определяет равновесные скорости движения при различных коэффициентах суммарного сопротивления движению автомобиля и определяется на основании следующих зависимостей:

, (4.1)

, (4.2)

, м/с (4.3)

где М_е – крутящий момент двигателя (определяется исходя из скоростной характеристики двигателя автомобиля), кгсм;

n – частота вращения коленчатого вала двигателя автомобиля, об/мин;

- общее передаточное число трансмиссии, определяемое в соответствии с передаточными числами коробки переключения передач, главной передачи и раздаточной коробки;

- к.п.д. трансмиссии;

- радиус качения колеса, м;

k – коэффициент обтекаемости кузова, кгс²/м⁴;

F – площадь поперечного сечения кузова, м²;

g=9,805 м/с² – ускорение свободного падения;

G_a – полная масса автомобиля (с грузом), кг;

v_a – скорость автомобиля, м/с.

Приведенные зависимости (4.1-4.3) позволяют рассчитать динамический паспорт автомобиля, который представляется в табличном (табл.4.1) и графическом виде (рис.4.1). При этом в расчете используются не менее трех значений М_е и n скоростной характеристики двигателя.

При расчетах режима установившегося движения, сумма сил действующих на автомобиль равна нулю. Исходя из этого, можно отметить, что

, (4.4)

где  - коэффициент суммарного сопротивления движению автомобиля;

f – коэффициент сопротивления движения (в зависимости от типа покрытия дороги);

 - угол, характеризующий уклон профиля дороги.

Определим общее передаточное число трансмиссии каждой передачи автомобиля:

Определим скорость автомобиля:

для I передачи:

м/с;

м/с;

м/с;

для II передачи:

м/с;

м/с;

м/с;

для III передачи:

м/с;

м/с;

м/с;

для IV передачи:

м/с;

м/с;

м/с;

для V передачи:

м/с;

м/с;

м/с.

Рассчитаем динамический паспорт автомобиля для каждой передачи:

Результаты расчета динамического паспорта автомобиля

Таблица 4.1

Ме, кгс*м	n, об/мин	I передача		II передача		III передача		IVпередача		V передача
		va, м/с	D	va, м/с	D	va, м/с	D	va, м/с	D	va, м/с	D
49	1000	1,00	2,72	1,95	1,4	3,14	0,87	5,13	0,52	7,85	0,326
55	1800	1,81	3,04	3,51	1,57	5,65	0,97	9,24	0,57	14,14	0,318
52	2600	2,61	2,89	5,07	1,48	8,17	0,9	13,35	0,5	20,42	0,22

Поскольку для автомобильных дорог уклон определяется в процентах (%), то переход к реальным углам (или их тригонометрических функциям) осуществляется следующим образом:

, (4.5)

, (4.6)

где i – величина уклона профиля дороги, %.

Для i=0%: ; ;

Для i=5%: ; ;

Для i=12%: ; .

При расчетах режима установившегося движения сумма сил, действующих на автомобиль, равна нулю.

Тогда:

,

где - коэффициент суммарного сопротивления движению автомобиля;

f – коэффициент сопротивления движению;

α – угол, характеризующий уклон профиля дороги.

Для i=0%, 5% и 12% и соответствующего типа дорожного покрытия (представленного в задании на контрольную работу) рассчитывается коэффициент суммарного сопротивления движению автомобиля ₀, ₅ и ₁₀ . Это позволяет определить скорости установившегося движения автомобиля v₀, v₅ и v₁₀ графическим способом.

;

;

.

Указанные значения скорости позволяют определить частоту вращения коленчатого вала двигателя автомобиля для каждого режима движения на основании следующей зависимости:

, об/мин. (4.7)

При i=0%: , об/мин.

При i=5%: , об/мин.

При i=12%: , об/мин.

Это, в конечном счете, позволяет определить мощность двигателя (N₀, N₅, N₁₂) и эффективный расход топлива (g₀, g₅, g₁₀)при использовании скоростной характеристики двигателя.

Рис.4.1. Динамический паспорт автомобиля КамАЗ-6511

Скорости установившегося движения автомобиля:

V₀ = 73,5 км/ч=20,42 м/с; n_о=2599,95 об/мин;

V₅ = 35 км/ч=9,72 м/с; n₅=1893,33 об/мин;

V₁₂ = 6,5 км/ч=1,8 м/с; n₁₂=923,75 об/мин.

Переходя от эффективного к удельному расходу топлива (действительному расходу топлива, отнесенного к перевозке ткм груза), получим:

, г/ ткм (4.8)

где - масса груза, перевозимая автомобилем, кг;

- эффективный расход топлива:

г/лсч; лс;

г/лсч; лс;

г/лсч; лс;

- мощность двигателя:

(кВт);

(кВт);

(кВт).

Тогда

г/ткм;

г/ткм;

г/ткм.

При этом время движения на данном участке пути (1 км) составит:

, ч (4.9)

, ч;

, ч;

, ч.

С целью возможности сравнения заданного автомобиля с другими, необходимо самостоятельно выбрать дополнительно два автомобиля с близкими техническими характеристиками и провести расчеты в соответствии с (4.1-4.9). Полученные результаты заносятся в таблицу 4.2.

После выполнения указанных расчетов необходимо сделать вывод о технико-экономических показателях заданного автомобиля в сравнении с другими в абсолютных и относительных величинах.

Удельный расход топлива автомобилями на перевозку в зависимости от профиля пути

Таблица 4.2

Марка автомобиля	i=0%		i=5%		i=12%
	, г/ ткм	t, ч	, г/ ткм	t, ч	, г/ ткм	t, ч
КАМАЗ-6511 (брутто)	30,09	0,014	45,63	0,029	162,07	0,1
КАМАЗ-6511 (нетто)
Gгр нетто=7т	60,18		91,26		324,14

В первом приближении расход топлива на перевозку заданного груза 450 т на расстояние:

L=50(i=0%)+10(i=5%)+3(i=12%)=63км может быть выполнена по формуле (4.10)

г (4.10)

При удельном весе дизельного топлива =0,8 кг/л на доставку груза 450 т на 63 км потребуется объем топлива:

л (4.11)

Затраты на топливо составят:

З_т=U_т∙Ц_т=2753∙5,70=15692 грн (4.12)

Или на 1 ткм нетто перевозки грузов:

З_т= (4.13)

Расчет расхода топлива на обратную дорогу без груза (порожний) основывается на предположении равномерного движения с максимальной скоростью на V передаче: в режиме тяги – на горизонтальном участке, и на холостом ходу – на спусках і=-5% и і=-12% (3,6л/100 км).

Согласно предыдущим формулам, общее сопротивление движению порожнего автомобиля составит:

кгс (4.14)

Мощность сопротивления движению равна:

(4.15)

C учетом потерь в трансмиссии мощность от дизеля равна:

кВт (4.16)

Расход топлива км составил:

г (4.17)

С учетом плотности топлива расход составляет:

л (4.18)

Расход топлива на спусках составил:

л (4.19)

Общий расход на обратный путь при равномерном движении составил:

л (4.20)

Для перевозки полного объема груза 450 т одним автомобилем КАМАЗ-6511 выполнить количество ездок:

(4.21)

Тогда на порожний обратный пробег потребуется расходовать топливо:

л (4.22)

В целом на выполнение перевозочной работы потребуется топливо:

V=2753+515=3268 л

На сумму З_тΣ=Ц_т∙V=5,7∙3268=18650 грн или на 1 ткм нетто:

грн/ткм.

Исходные данные к задаче № 4:

Таблица 4.4

№ п/п	Автомобиль	Грузоподъемность прицепа, т	Тип покрытия дороги	Вариант дороги	Масса груза, т Мгр
	ГАЗ-53	3	асфальтобетонное	№1	500
	ГАЗ-66	2,5	гравийное	№2	400
	ЗИЛ-130	4	грунтовое	№3	600
	ЗИЛ-555ММЗ	3	песчанное	№4	300
	ЗИЛ-131	3,5	асфальтобетонное	№1	450
	МАЗ-500	3	гравийное	№2	550
	МАЗ-503	4	грунтовое	№3	600
	МАЗ-504	5	песчанное	№4	300
	МАЗ-53371	3	асфальтобетонное	№1	780
	МАЗ-5551	4	гравийное	№2	840
	КрАЗ-250	7	грунтовое	№3	620
	КрАЗ-255	8	песчанное	№4	750
	КрАЗ-256	9	асфальтобетонное	№1	500
	КамАЗ-5320	3	гравийное	№2	400
	КамАЗ-5410	4	грунтовое	№3	600
	КамАЗ-5511	4	песчанное	№4	300
	КамАЗ-6511	4	песчаное	№2	450
	Урал-375	5	гравийное	№1	550
	Урал-4320	4	грунтовое	№3	600
	ГАЗ-53	2,5	песчанное	№4	500
	ГАЗ-66	3	асфальтобетонное	№1	400
	ЗИЛ-130	3	гравийное	№2	600
	ЗИЛ-555ММЗ	4	грунтовое	№3	300
	ЗИЛ-131	3	песчанное	№4	450
	МАЗ-500	4	асфальтобетонное	№1	550
	МАЗ-503	5	гравийное	№2	600
	ГАЗ-53	3	гравийное	№1	500
	ГАЗ-66	3	грунтовое	№2	400
	ЗИЛ-130	4	песчанное	№3	600
	ЗИЛ-555ММЗ	3	асфальтобетонное	№4	300
	ЗИЛ-131	4	гравийное	№1	450
	МАЗ-500	5	грунтовое	№2	550
	МАЗ-503	4	песчанное	№3	600
	МАЗ-504	4	асфальтобетонное	№4	300
	МАЗ-53371	5	гравийное	№1	780
	МАЗ-5551	5	грунтовое	№2	840
	КрАЗ-250	7	песчанное	№3	620
	КрАЗ-255	8	асфальтобетонное	№4	750
	КрАЗ-256	9	гравийное	№1	500
	КамАЗ-5320	4	грунтовое	№2	400
	КамАЗ-5410	4	песчанное	№3	600
	КамАЗ-5511	5	асфальтобетонное	№4	300
	КамАЗ-6511	5	гравийное	№1	450
	Урал-375	5	грунтовое	№2	550
	Урал-4320	4	песчанное	№3	600
	ГАЗ-53	3	асфальтобетонное	№4	500
	ГАЗ-66	2,5	гравийное	№1	400
	ЗИЛ-130	3	песчанное	№2	600
	ЗИЛ-555ММЗ	4	асфальтобетонное	№3	300
	ЗИЛ-131	3	гравийное	№4	450

Варианты протяженности (км) дорог по подъемам профиля

Таблица 4.5

№ п/п	Уклон (подъемы) і ( %)
	0	5	12
1	50	10	3
2	30	12	4
3	40	8	3
4	20	10	2