2. ТЯГОВЫЙ РАСЧЕТ АВТОМОБИЛЯ

Целью расчета является определение основных параметров автомобиля, удовлетворяющих эксплуатационным требованиям и обеспечивающих наибольшую эффективность его использования.

Основные параметры, определяемые в тяговом расчете:

мощность двигателя и характер изменения ее на внешней скоростной (регуляторной для дизеля) характеристике двигателя N_e, M_кэ, G_т, g_е = ƒ(n)

передаточное число главной передачи i₀;

передаточные числа в коробке передач i_кп;

скорости движения на передачах V.

В числе вспомогательных определяют следующие параметры

полный вес (массу) автомобиля G(m_a)

силу сопротивления воздуха Р_w;

размер и тип шин, динамический радиус колес r_кэ,

механический коэффициент полезного действия трансмиссии _тр.

В расчете используются данные, которые включают в техническое задание на проектирование. Это значения динамического фактора в характерных условиях эксплуатации автомобиля:

максимальная скорость V_max, которую должен развивать автомобиль на хорошей горизонтальной дороге, характеризуемой суммарным коэффициентом дорожного сопротивления ψ_v = ƒ + i,

наибольший подъем i_mах, который должен преодолеть автомобиль, двигаясь на прямой передаче по хорошей дороге. Суммарный коэффициент дорожного сопротивления в этом случае ψ_max = ƒ + i_mах, где ƒ — коэффициент качения.

Исходя из исходных данных за автомобиль прототип принимаем УАЗ – 451М.

2.1. Определение вспомогательных параметров автомобиля

Полная масса автомобиля:

m_a = m_г + m_c + m_п 2.1

где m_г — масса перевозимого груза (грузоподъемность или пассажировместимость) или багажа;

m_c — собственная масса автомобиля в снаряженном состоянии без груза. Слагается из конструктивной (сухой) массы автомобиля, массы топлива, массы технических жидкостей, западного колеса, инструмента, принадлежностей и технологического оборудования;

m_п — масса водителя и пассажиров в кабине грузового автомобиля или масса водителя и пассажиров в легковом автомобиле или автобусе. Средняя масса пассажира и водителя 75 кг.

Следовательно

m_a = 1000 + 1510 + 150 = 2660 кг

Силу тяжести (вес) рассчитаем по формуле: G = 9,81* m_a

G = 2660 * 9,81 = 26094,6Н = 26,095кН

Шины выбирают в соответствии с типом автомобиля, условиями его эксплуатации, нагрузкой на колесо.

Динамический радиус определяют по формуле

r_к = 10^-3 * r_ст * λ_ш

r_к = 0,37 * 0,98 = 0,362 м

где λ_ш — коэффициент, учитывающий деформацию шины от приложения тангенциальной нагрузки (равен 0,96 – 0,98). В нашем расчете

λ_ш = 0,98

Силу сопротивления воздуха определяют так:

Р_{w max} = k * F * V²_max 2.2

где k — коэффициент сопротивления воздуха, ;

F — площадь поперечного сечения (миделево сечение) автомобиля, м³;

V— скорость движения автомобиля, м/с.

Площадь поперечного сечения рассчитывают приближенно, используя данные автомобиля прототипа F = β*В*Н_а, где β — коэффициент заполнения площади. Для легковых автомобилей β = 0,78—0,8 и для грузовых автомобилей β = 0,75—0,9; В – габаритная ширина, м; H_а — габаритная высота автомобиля, м.

Для нашего расчета принимаем β = 0,9

F = 0,9 * 1,94 * 2,07 = 3,61

Подставляя полученные значения в формулу 2.2

Р_w = 0,6 * 3,61 * 696,43 = 1510,23 Н

Мощность на преодоление сопротивления воздуха увеличивается пропорционально кубу скорости:

N_w = k * F * V³ 2.3

N_w = 0,6 * 3,61 * 18378,8 = 39855,1 Н = 39,86кН

2.2 Определение основных параметров автомобиля

2.2.1. Определение мощности двигателя.

Тип двигателя выбирают по аналогии с автомобилем-прототипом.

Мощность двигателя, которую он развивает при равномерном движении автомобиля по хорошей горизонтальной дороге, на прямой передаче, с максимальной скоростью, определяют из уравнения мощностного баланса

2.4

где ψ_v — коэффициент суммарного дорожного сопротивления при движении по хорошей горизонтальной дороге, в данном случае ψ_v = ƒ;

G — полный вес автомобиля, Н;

V_max — максимальная скорость автомобиля, м/с;

k — коэффициент сопротивления воздуха, Н*с²/м⁴;

_тр— механический КПД трансмиссии автомобиля на прямой передаче.

Механический коэффициент полезного действия трансмиссии определим, исходя из ее кинематической схемы по формуле (1.9).

_тр= 0,9702 * 1 *(1–0,05)*1 = 0,922

После того как будет определена мощность N_v построим график внешней скоростной характеристики двигателя, представляющий зависимость N_e, M_к, g_е = ƒ(n_дв; V_а)- в такой последовательности:

а) в соответствующем масштабе на оси абсцисс откладываем шкалу частот вращения вала двигателя;

б) задаем значение частоты вращения вала двигателя при максимальной мощности n_N по прототипу и отметим в масштабе на оси абсцисс;

в) выбираем соотношение между частотой вращения вала двигателя при максимальной скорости автомобиля n_v и частотой вращения вала двигателя при максимальной мощности двигателя

λ = 1,10—1,15 — для карбюраторных двигателей без ограничения частоты вращения вала двигателя (легковые и грузовые грузоподъемностью выше 1500кг);

λ = 1,0 — для дизелей и карбюраторных двигателей с ограничителем частоты вращения вала двигателя (грузовые автомобили грузоподъемностью выше 1500кг).

В нашем случае λ = 1,1; n_N = 4000 * 1,1 = 4400 об/мин

г) подсчитывают значение коэффициента оборотности по формуле

2.5

д) используя значение коэффициента оборотности, определим скорости движения автомобиля при соответствующих частотах вращения вала двигателя (V_а = n_дв/₀) и нанесем их на ось абсцисс.

е) строят теоретическую внешнюю скоростную характеристику двигателя.

Максимальную мощность двигателя подсчитывают по формуле

2.6

где с₁, с₂, с₃ – статистические коэффициенты;

с₁= с₂ = с₃ = 1 - для карбюраторного двигателя; с₁ = 0,53; с₂ = 1,56; с₃ = 1,09 —для дизелей,

ж) текущие значения мощности двигателя определяют по формуле

где n – произвольное, в пределах рабочей зоны, значение частоты вращения вала двигателя, мин^-1. Рабочей зоной частот вращения выбираем диапазон от n_v до n = (0,4 ... 0,5) n_v.

n₁ = 1700 N_e1 = 32235,3

n₂ = 2600 N_e2 = 48632,4

n₃ = 3500 N_e3 = 59166,7

n₄ = 3900 N_e4 = 60877,2

n₅ = 4400 N_e5 = 59672,4