4 Топливно-экономический расчет автомобиля

Топливно-экономическая характеристика представляет зависимость путевого расхода топлива от скорости движения автомобиля при различных коэффициентах дорожного сопротивления.

При установившемся движении путевой расход топлива определяется выражением:

(4.1)

где g_e – удельный расход топлива, г/(кВт·ч);

N_З – мощность, затрачиваемая на движение автомобиля, кВт;

ρ – плотность топлива, принимаемая для дизеля равной 860 кг/м³.

Расчет топливно-экономической характеристики осуществляется с использованием данных расчета тягово-динамических характеристик автомобиля.

Расчет баланса и степени использования мощности

Расчет баланса мощности автомобиля выполняется на высшей передаче при двух значениях коэффициента дорожного сопротивления. Для этого при расчетных значениях угловой скорости коленчатого вала двигателя принятых в тягово-динамическом расчете и соответствующих им значениях скорости автомобиля вычисляются мощность, подводимая к ведущим колесам автомобиля; мощность, необходимая для преодоления дорожного сопротивления и мощность, необходимая для преодоления сопротивления воздуха.

Мощность, подводимая к ведущим колесам автомобиля, определяется выражением:

(4.2)

Для угловой скорости коленчатого вала двигателя ω_e=54,45 рад/с и соответствующему ей значению эффективной мощности находим значение мощности, подводимой к ведущим колесам:

N_T=32,467734·0,8=25,974188 кВт

Мощность, необходимая для преодоления сопротивления воздуха, определяется выражением

(3.3)

Для угловой скорости коленчатого вала двигателя ω_e=54,45 рад/с и соответствующему ей значению силы сопротивления воздуха находим значение мощности, идущей на преодоление сопротивления воздуха:

N_в=0,08115·4,66=0,3778кВт

Мощность, необходимая для преодоления дорожного сопротивления, определяется выражением:

(4.4)

Расчет мощности, необходимой для преодоления дорожного сопротивления выполним для двух значений коэффициента дорожного сопротивления и .

Для скорости движения автомобиля υ=4,66 м/с и коэффициента дорожного сопротивления ψ=0,033 мощность, необходимая для преодоления дорожного сопротивления равна:

N_D=15305·9,81·0,033·4,66·10^-3=23,0889кВт

Мощность, затрачиваемая на движение автомобиля:

(4.5)

Для соответствующих значений мощностей, затрачиваемых на преодоление сопротивления воздуха и дорожного сопротивления, мощность, затрачиваемая на движение автомобиля равна:

N_З=0,3778+23,0889=23,4667кВт

Для остальных значений скорости вращения коленчатого вала двигателя (скорости движения автомобиля) значения мощности, подводимой к ведущим колесам автомобиля; мощностей, идущих на преодоление сопротивления воздуха и дорожного сопротивления, а так же мощности, затрачиваемой на движение автомобиля, находим аналогично, результат вычислений сводим в приложение А и строим графики мощностного баланса автомобиля.

Степень использования мощности определяется выражением:

(4.6)

Для соответствующих значений мощностей, затраченной на движение автомобиля и подводимой к ведущим колесам определяем степень использования мощности:

Степень использования угловой скорости коленчатого вала двигателя определяется выражением:

(4.7)

Для остальных значений угловой скорости вращения коленчатого вала двигателя значения степеней использования мощности и угловой скорости коленчатого вала двигателя находим аналогично, и результаты вычислений сводим в приложение А.

Расчёт расхода топлива.

Удельный расход топлива определяется по выражение:

(4.8)

где g_eN – удельный расход топлива двигателя при максимальной мощности, г/(кВт·ч), принимаемый на 5…10% больше минимального удельного расхода g_emin;

k_и – коэффициент, учитывающий изменение g_e в зависимости от степени использования мощности И, определяемый при приближенных расчётах по выражению:

K_И=3,27-8,22·И+9,31·И²-3,18·И³ (4.9)

K_И=3,27-8,22·0,9035+9,31·0,9035²-3,18·0,9035³=0,9339

k_E – коэффициент, учитывающий изменение g_e в зависимости от степени использования угловой скорости коленчатого вала двигателя Е, определяется по выражению:

К_E=1,25-0,99·Е+0,98·Е²-0,24·Е³ (4.10)

К_E=1,25-0,99·0,2+0,98·0,2²-0,24·0,2³=1,0893

5 Обзор и анализ конструкций модернизируемого агрегата

Подвеска смягчает удары и толчки, возникающие при наезде колес на неровности дороги, и гасит колебания кузова автомобиля. В подвесках различают три основные части: упругие элементы, направляющие устройства и амортизаторы. Упругие элементы так же, как и пневматические шины, смягчают передаваемые кузову удары и толчки и тем самым позволяют увеличить скорость движения, улучшают комфортабельность езды и повышают долговечность автомобиля. Направляющие устройства обеспечивают вертикальное перемещение колес, а амортизаторы - быструю диссипацию энергии колебаний, тем самым эффективное гашение колебаний масс кузова и осей. В настоящее время наибольшее распространение получили металлические упругие элементы, включенные в подвеску автомобиля (листовые рессоры, витые пружины, торсионы). Реже применяют пневматические, резиновые и комбинированные упругие элементы. В зависимости от типа установленного упругого элемента различают рессорную, пружинную, торсионную, пневматическую и подвески. Подвеска может быть зависимой и независимой. Тип подвески зависит от конструкции оси: если ось неразрезная, то подвеску называют зависимой, а если ось разрезная, - то независимой. При установке независимой подвески вертикальные перемещения одного колеса не отражаются на вертикальных перемещениях и наклоне другого. Листовая рессора состоит из нескольких стальных закаленных листов различной длины. Наибольшую длину имеет коренной лист, связанный с кронштейнами рамы или несущим кузовом. Листы рессоры стягиваются центральными болтами. От боковых сдвигов они удержи­ваются хомутиками.

Плавность хода в реальных условиях движения автомобиля оценивается по характеристикам подвески, связывающим максимальные амплитуды вертикальных колебаний или угловых перемещений и максимальные ускорения при различных скоростях движения автомобиля по опорным поверхностям с различными характеристиками. На рисунке 5.1 представлена задняя подвеска КамАЗ – 5320. Подвеска зависимая, рессорная. Все листы каждой рессоры изготовлены из рессорно-пружинной стали и имеют одинаковую толщину. Два верхних листа (коренной и подкоренной) выполнены одинаковой длины. Длина остальных листов различна и постепенно уменьшается. В собранной рессоре листы соединяются между собой центральным болтом и хомутами. К переднему концу рессоры стремянкой и пальцем прикреплено съемное ушко. Передний конец рессоры - неподвижный и соединен с кронштейном, закрепленным на раме с помощью металлического шарнира, состоящего из гладких пальца и втулки.

1 - буфер задней рессоры; 2 - рычаг реактивной штанги; 3 - рессора; 4 - реактивная штанга; 5 - гайка стремянки; 6 - накладка рессоры; 7 - стремянка рессоры; 8 - палец опоры рессоры; 9 и 16 - шпильки; 10 - разрезная коническая втулка; 11 - опора рессоры; 12 - задний мост; 13 - рычаг нижней реактивной штанги; 14 - средний мост; 15 - кронштейн верхней реактивной штанги; 17 - лонжерон; 18 - накладка башмака; 19 - башмак рессоры; 20 - прокладка крышки башмака; 21 - гайка крепления башмака; 22 - заливная пробка; 23 - крышка башмака; 24 - стяжной болт гайки крепления башмака; 25 - втулка башмака; 26 - резиновая манжета; 27 - упорное кольцо; 28 - сальник; 29 - гайка крепления стяжки кронштейнов; 30 - обойма сальника; 31 - ось башмака; 32 - гайка крепления шарового пальца; 33 - кронштейн балансира; 34 - стяжка кронштейнов балансира; 35 - кронштейн задней подвески; 36 – масленка.

Рисунок 5.1 – Задняя подвеска КамАЗ – 5320

Задний конец рессоры - скользящий (подвижный) и установлен в кронштейне, связанном с рамой. Конец опирается на цилиндрическую поверхность кронштейна и может скользить по ней при деформации рессоры. Задняя подвеска КамАЗ балансирная на двух продольных полуэллиптических рессорах. Каждая рессора средней частью прикреплена стремянками к башмаку оси балансирного устройства. Концы рессор установлены в опорах . При прогибе рессор их концы скользят в опорах. Ограничивают ход мостов вверх и смягчают их удары о раму буферы. Толкающие усилия и реактивные моменты передаются на раму шестью реактивными штангами. Шарниры реактивных штанг самоподжимные, состоят из шаровых пальцев, внутренних и наружных вкладышей и поджимающих их пружин. Крышки шарниров прижаты болтами. Для защиты шарниров от воды и грязи установлены резиновые уплотнительные манжеты. Для смазки имеются масленки

6 Функциональный и прочностной расчёт

Проектируемый автомобиль имеет зависимую рессорную заднюю подвеску, функциональная схема которой приведена на рисунке 6.1.

Rz – реакция от моста автомобиля; Fz – реакция от рамы автомобиля; Lp – длина рессоры.

Рисунок 6.1 – Схема сил действующих на рессору

Основное достоинство балансирной подвески – способность выполнять одновременно функции упругого и направляющего устройств подвески. В качестве упругого элемента применяется полуэллиптическая рессора. Листовые рессоры просты в изготовлении, легко доступны для ремонта и эксплуатации.

Рассчитаем основные геометрические параметры рессоры, а также проведем анализ прочности.

Длина рессоры определяется по формуле:

L_p=0,3∙B (5.1)

L_p=0,3∙B=0,3∙5,01=1,503 м

где В–база автомобиля.

n - число листов рессоры n=11.

Длинна первого листа рессоры равена расчётной длине L_p=1,503 м , длинна коренного лиса рессоры L_к=1,553 м , длинна второго листа рессоры L₂=1 м, L₃=0,9 м, L₄=0,8 м, L₅=0,74 м, L₆=0,6 м, L₇=0,5 м, L₈=0,4 м, L₉=0,3 м, L₁₀=0,24 м.

Длины частей рессоры до и после моста:

L₂=L_p/2 (5.2)

L₁=L_p–L₂ (5.3)

L₂=1,503/2=0,7515 м

L₁=1,503-0,7515=0,7515 м

Реакции, действующие на мост автомобиля:

(5.4)

где m=10930 – масса, приходящаяся на задний мост, кг.

(5.5)

φ_max=0.8 – максимальный коэффициент сцепления колеса с дорогой.

Жесткость рессоры по результатам функционального анализа

с_р=95350 кН/м.

Задаваясь шириной b=0,25 м, толщина рессоры вычисляется по формуле:

(5.6)

Необходимое условие 6<b/δ<10 соблюдается (0,25/0,025=7,2).

Расчёт частоты колебаний рессоры.

Для человеческого тела наиболее благоприятная частота собственных колебаний - это такая, которую мы испытываем при натуральной для нас ходьбе т.е. 0.8-1.2 Гц или (грубо) 50-70 колебаний в минуту. Реально в автомобилестроении в погоне за грузонезависимостью считается допустимым до 2 Гц (120 колебаний в минуту).КамАЗ – 5320 используется для перевозки грузов, значит принимаем максимальную частоту колебаний 2 Гц.

Период колебаний рессоры находят по формуле:

(5.7)

где π=3,14;

m – масса приходящаяся на рессору, m=10930 кг;

с – жесткость рессоры, с=95350 кН/м;

n – число листов рессоры, n=11.

Частоту колебаний находим по формуле:

(5.8)

Так, как автомобиль используется для перевозки грузов, то v_Д=2 Гц.

, усовершенствованная подвеска соответствует требованиям предъявляемым к данным типам подвески.

Максимальный прогиб рессоры определяем по формуле:

(5.9)

где g – ускорение свободного падения, g=9,81 Н/м;

π=3,14;

v – частота колебаний.

Максимальный прогиб рессоры должен быть меньше допустимого прогиба рессоры Δ_доп=0,150 м, Δ_max=0,102 м < Δ_доп=0,150 м, проектируемая рессора соответствует допустимому значению.

Рассчитаем нагрузки, действующие на упругий элемент:

(5.10)

(5.11)

(5.12)

(5.13)

Напряжение в рессоре при изгибе находим по формуле:

(5.14)

Допустимое напряжение при изгибе для рессоры изготовленной из

стали 55 ХГР , .