Введение

В методических указаниях приводится методика расчета и анализа тягово-скоростных свойств и топливной экономичности карбюраторных автомобилей с ступенчатой механической трансмиссией. В работе содержатся параметры и технические характеристики отечественных автомобилей, которые необходимы для выполнения расчетов динамичности и топливной экономичности, указывается порядок расчета, построения и анализа основных характеристик указанных эксплуатационных свойств, даются рекомендации по выбору ряда технических параметров, отражающих особенности конструкции различных автомобилей, режима и условий их движения.

Использование данных методических указаний дает возможность определить значения основных показателей динамичности и топливной экономичности и выявить их зависимость от основных факторов конструкции автомобиля, его загрузки, дорожных условий и режима работы двигателя, т.е. решить те задачи, которые ставятся перед студентом в курсовой работе.

Основные задачи расчета

При анализе тягово-скоростных свойств автомобиля производится расчет и построение следующих характеристик автомобиля:

1) тяговой;

2) динамической;

3) ускорений;

4) разгона с переключением передач;

5) наката.

На их основе производится определение и оценка основных показателей тягово-скоростных свойств автомобиля.

При анализе топливной экономичности автомобиля производится расчет и построение ряда показателей и характеристик, в том числе:

1) характеристики расхода топлива в процессе разгона;

2) топливно-скоростной характеристики разгона;

3) топливной характеристики установившегося движения;

4) показателей топливного баланса автомобиля;

5) показателей эксплуатационного расхода топлива.

Глава 1. Тягово-скоростные свойства автомобиля

1.1. Расчет сил тяги и сопротивления движению

Движение автотранспортного средства определяется действием сил тяги и сопротивления движению. Совокупность всех сил, дейс­твующих на автомобиль, выражает уравнения силового баланса:

Р_i = Р_д+ Р_о+ P_тр+ Р + P_w + P_j , (1.1)

где P_i - индикаторная сила тяги, H;

Р_д, Р_о, P_тр, P , P_w, P_j - соответственно силы сопротивления двигателя, вспомогательного оборудования, трансмиссии, дороги, воздуха и инерции, H.

Значение индикаторной силы тяги можно представить в виде суммы двух сил:

Р_i = Р_д + Р_е , (1.2)

где P_е - эффективная сила тяги, H.

Значение P_е рассчитывается по формуле:

₌ , _(1.3)

где M_е - эффективный крутящий момент двигателя, Нм;

r - радиус колес, м

i - передаточное число трансмиссии.

Для определения значений эффективного крутящего момента карбюраторного двигателя при той или иной подаче топлива используется его скоростные характеристики, т.е. зависимости эффективного момента от частоты вращения коленчатого вала при различных положениях дроссельной заслонки. При ее отсутствии может быть использована так называемая единая относительная скоростная характеристика карбюраторных двигателей (рис.1.1).

Рис.1.1. Единая относительная частичная скоростная характеристика карбюраторных автодвигателей

Указанная характеристика дает возможность определить приб­лиженное значения эффективного крутящего момента двигателя при различных значениях частоты вращения коленчатого вала и положе­ниях дроссельной заслонки. Для этого достаточно знать значения эффективного крутящего момента двигателя (M_N) и частоты враще­ния его вала при максимальной эффективной мощности (n_N).

Значение крутящего момента, соответствующее максимальной мощности (M_N), можно рассчитать по формуле:

_{, (1.4)}

где N_{е мах}- максимальная эффективная мощность двигателя, кВт.

Принимая ряд значений частоты вращения коленчатого вала (табл.1.1), рассчитывают соответствующий ряд относительных частот (n_е/n_N). Используя последний, по рис. 1.1 определяют соответствующий ряд значений относительных величин крутящего момен­та (θ = M_е/M_N), после чего вычисляют искомые значения по формуле: M_е= M_N θ. Значения M_е сводятся в табл. 1.1.

Таблица 1.1

Расчетные формулы	Частота вращения коленвала, об/мин
	500	1000	1500	2000	...	nN
nе/nN
θ = Me/MN
Me = MN θ

Если в задании на курсовую работу положение дроссельной заслонки не указывается, то зависимость эффективной силы тяги строят для случая работы двигателя при полной подаче топлива (100% открытии дросселя). В этом случае, значение M_е принимают по внешней скоростной характеристике двигателя, которую можно найти в соответствующей технической литературе. При её отсутствии такую характеристику строят, используя эмпирическую формулу:

, (1.5)

где λ₀, λ₁, λ₂ - коэффициенты аппроксимации.

Значения коэффициентов рассчитываются по формулам:

, (1.6)

, (1.7)

, (1.8)

где k_м = M_{е мах}/M_N - коэффициент приспособляемости двигателя по крутящему моменту;

k_w = n_N/n_м - коэффициент приспособляемости по оборотам.

Заметим, что формула (1.5) может быть использована для описания не только внешней, но и частичных скоростных характеристик двигателя. При этом для каждой характеристики требуется подбор соответствующих значений коэффициентов λ₀, λ₁ и λ₂.

Значения максимального крутящего момента (M_{е мах}) и частот вращения коленчатого вала n_м и n_N принимаются, исходя из технической характеристики двигателя, которую можно найти в справочной [4] или другой литературе. Значения силы сопротивления двигателя Р_д, приведенной к ведущим колесам автомобиля, определяются по формуле:

, (1.9)

где V_h - рабочий объём цилиндров двигателя (литраж), л;

S_п - ход поршня, м;

- число ходов поршня за один цикл (тактность ДВС);

p_до - среднее давление механических потерь при вращении вала с предельно низкой частотой (n_е≈ 0), МПа;

k_Д - коэффициент, учитывающий увеличение давления механических потерь при повышении скорости движения поршней в цилиндрах, МПа с/м.

При отсутствии информации о величине хода поршня значение S_п можно определить приближенно по формуле:

, (1.10)

где i_ц - число цилиндров.

При установке двигателя в подкапотное пространство автомобиля часть его эффективного крутящего момента теряется и затрачивается на привод вспомогательного оборудования автомобиля (компрессора, насоса гидроусилителя руля, генератора и др.), которое создает соответствующую силу сопротивления движению (Р_о).

Силу сопротивления вспомогательного оборудования автомобиля (P_о), приведенную к ведущим колесам, определяют по формуле:

(1.11)

где p_оо - среднее давление газов, обеспечивающее привод вспомогательного оборудования автомобиля при предельно низкой частоте вращения коленчатого вала (n_е  0), МПа;

k_o - коэффициент, учитывающий увеличение сопротивления вспомогательного оборудования при возрастании частоты вращения коленчатого вала, МПа с²_.

Для карбюраторных автодвигателей значения параметров p_оо и k_o, а также p_до и k_Д приведены в табл.1.2.

Таблица 1.2

№	Коэффициент	Единицы измерения	Значения
1. 2.	PДО kД	МПа МПа с/м	0,045 0,015
3. 4.	pоо ko	МПа МПа (мин/об)2	0,010 0,7  10-8

Сила сопротивления трансмиссии P_тр для грузовых автомобилей и автобусов определяется по эмпирической формуле, полученной НАМИ:

, (1.12)

где P_хо- сила сопротивления проворачиванию валов агрегата трансмиссии на холостом ходу с предельно малой скоростью (V_а  0), H;

a_v и _тр - коэффициенты соответственно скоростных (H с/м) и силовых потерь;

n_тр - количество агрегатов (коробок передач, делителей, раздаточных коробок и главных передач) в трансмиссии;

G_м - номинальная нагрузка на ведущий мост автомобиля, H;

K_н - коэффициент, учитывающий тип автомобиля, H^-1.

Для автомобилей повышенной проходимости K_н = 10·10^-6 H^-1, для остальных автомобилей K_н = 7·10^-6 Н^-1. При прогретых до стабильного состояния агрегатах трансмиссии a_v = 8,6 Нс/м; Р_хо = 30 Н. Значение коэффициента _тр принимается по табл.1.3.

Примечание: при 2-х вальной раздаточной коробке значения должны быть уменьшены на 0,010

Таблица 1.3

Коэффициенты силовых потерь в трансмиссии (_тр)

Тип трансмиссии автомобиля	Тип главной передачи
	1 ступенчатая		2-х ступенчатая
	Прямая передача в КП	Разные Передачи в КП	Прямая Передача в КП	Разные Передачи в КП
4 х 2	0,016	0,036	0,024	0,046
6x4, с обходным редуктором в среднем мосту	0,030	0,050	0,040	0,060
4x4, с 3-х вальной РК	0,042	0,062	0,052	0,072
6x6, с 3-х вальной РК и проходным мостом	0,044	0,064	0,054	0,074

Сила сопротивления дороги рассчитывается по формуле:

, (1.13)

где α - угол продольного наклона дороги;

f_v- коэффициент сопротивления качению;

G - полный вес автомобиля при заданной нагрузке, Н.

G = G_о + G_г, (1.14)

где G_о - собственный вес автомобиля, Н;

G_г - вес груза, Н.

Коэффициент сопротивления качению применительно к той или иной скорости движения автомобиля определяется по формуле:

f_v = f_o + f₁V_a², (1.15)

где f_o, f₁ - коэффициенты.

Сила лобового аэродинамического сопротивления определяется по формуле:

Р_w = kFV_а², (1.16)

где k - коэффициент обтекаемости, Нс²/м⁴;

F - площадь лобовой проекции автомобиля, м².

Таблица 1.4

N	А в т о м о б и л и	k, Нс2/м4		F, м2
1. Легковые автомобили:
1	ЗАЗ-968		0,30	1,7
2	ВАЗ-2101, 2103, 2106		0,29	1,7
3	ВАЗ-2121		0,23	2,2
4	"Москвич"- 412		0,32	1,8
5	ГАЗ-24		0,28	2,3
6	ГАЗ-3102		0,25	2,3
7	УАЗ-469		0,38	3,4
2. Автобусы:
1	РАФ-2203		0,27	3,6
2	КАВЗ-685		0,32	5,9
3	ПАЗ-672		0,30	5,3
4	ПАЗ-3202		0,39	5,3
5	ЛАЗ-695Е		0,25	6,3
6	ЛАЗ-695Н		0,38	6,3
7	ЛАЗ-699		0,37	6,3
3. Грузовые автомобили:
1	Иж-2715		0,32	2,1
2	ГАЗ-53А		0,59	3,8
3	ГАЗ-4509		0,68	4,5
4	ГАЗ-3305		0,81	4,1
5	ЗИЛ-130		0,54	5,1
6	ЗИЛ-131		0,64	5,4
7	УрАЛ-375Д		0,71	6,2

Численные значения коэффициента обтекаемости и площади лобовой проекции для различных марок и моделей карбюраторных автомобилей приведены в табл.1.4.

При отсутствии информации о параметрах рассчитываемого автомобиля площадь лобового сопротивления грузовых автомобилей и автобусов можно определить по формуле:

F = B_к ·H_г, (1.17)

где B_к, Н_г - соответственно колея автомобиля и его наибольшая

(габаритная) высота, м.

Для легковых автомобилей F рассчитывается по формуле:

F = 0,78 B_г ·Н_г, (1.18)

где B_г - габаритная ширина легкового автомобиля, м.

Значения B_к, B_г и Н_г приводятся в справочной литературе. Если в задании на курсовую работу не указываются дорожные и атмосферные условия движения автомобиля, то силы сопротивления Р_тр, Рj, Р_w рассчитываются для случая равномерного движения автомобиля (j_а= 0 м/с) по горизонтальной (α = 0), ровной асфальтобетонной дороге (f_о = 0,015;

f₁ = 110^-5 с²/м²), при безветрии (V_в = 0 м/с), что соответствует условиям испытаний, предусмотренным ГОСТ 22576-90.