1. Эксплуатационные свойства автомобиля

2.1 Тяговый расчет автомобиля

Потребная мощность двигателя при заданной максимальной скорости и грузоподъемности автомобиля (точка «А») определяется:

где ψ – приведенный коэффициент дорожного сопротивления;

т₀= 8030 кг – снаряженная масса автомобиля;

m_г = 11055 кг – масса перевозимого груза;

V_max = 35 м/с – максимальная скорость автомобиля;

η_тp – механический коэффициент потерь на трение (механический КПД трансмиссии);

=0,03

где f0 – коэффициент сопротивления качению при скорости, близкой к нулю, учитывающий конструкцию (свойства) шины и качество дороги;

Af – коэффициент влияния скорости (табл. 2.2), с2 /м2 .

Механический КПД трансмиссии определяется по формуле (с учетом числа пар зубчатых передач в кинематической схеме трансмиссии прототипа автомобиля):

Связь между снаряженной массой автомобиля, грузоподъёмностью и разрешенной максимальной массой осуществляется через коэффициент грузоподъёмности:

P_w – сопротивление воздуха при движении автомобиля:

где k=0,6 Н·с²/м⁴ – коэффициент обтекаемости автомобиля.

F – площадь лобовой поверхности, определяется приближенно по формуле:

где B₁ –габаритная ширина автомобиля;

Н – габаритная высота автомобиля.

Номинальная мощность двигателя (точка «В»).

Номинальная мощность определяется по формуле С. Р. Лейдермана, т:

где a₁ = 0,53, b₁= 1,56, c₁=1,09 – для дизелей;

– номинальная и максимальная частота вращения коленчатого вала двигателя.

Определение других параметров внешней скоростной характеристики двигателя (мощность в точках «С» и «D»).

Мощность, соответствующая максимальному крутящему моменту двигателя (точка «С») определяется:

(6)

где – частота вращения при максимальном крутящем моменте.

По этой же формуле определяется мощность для режима работы двигателя при минимально устойчивой частоте вращения коленчатого вала (точка «D»), только вместо п₀ подставляется .

(7)

Крутящий момент двигателя определяется по формуле:

(8)

где п_х – частота вращения коленчатого вала в соответствующих точках, с^-1;

N_ех – мощность двигателя в соответствующих точках, кВт.

1) Точка «А»:

2) Точка «В»:

3) Точка «С»:

4) Точка «D»:

Удельный расход топлива также определяют для точек «А», «В», «С» и «D» по формуле, г/кВт∙ч:

(9)

где а = b = 1,55; с = 1,0 для дизеля;

q_en = 200 г/кВт·ч – минимальный удельный расход топлива принимается по прототипу:

Построение внешней скоростной характеристики двигателя.

По оси абсцисс откладываются в масштабе значения характерных частот вращения от n_min до n_max, а по оси ординат соответствующие значения N_e, M_e и q_e.

Значение параметров откладывают для характерных точек «А», «В», «С» и «D». Соединяются точки плавными огибающими линиями N_e = f(n), M_e = f(n), q_e = f(n). Более точного выполнения кривых можно достичь, дополнительно определив N_e, M_e и q_e по соответствующим формулам для двух или трех текущих значений п_х.

Результаты расчётов для построения графика приведены в таблице 4.

График внешней характеристики дизеля представлен на рисунке 2.

Таблица 4 - Результаты расчетов

Точка	Частота вращения,об/мин	Мощность, кВт	Крутящий момент, Нм	Удельный расход, г/кВт∙ч
А	2420	457,65	1808,3	211
B	2200	448,76	1947,1	200
С	1500	332,57	2118,28	191,6
D	600	107	1703,82	240,33

Рисунок 2 – Зависимость мощности от частоты вращения

Рисунок 3 – Зависимость крутящего момента от частоты вращения

Рисунок 4 – Зависимость расхода топлива от частоты вращения

Передаточное число главной передачи.

Передаточное число определяют из условий обеспечения максимальной скорости движения на высшей расчетной передаче коробки передач:

(10)

где u_кв = 1 – передаточное число коробки передач на высшей передаче.

u_дв = 1 – передаточное число высшей передачи в дополнительной коробке.

r_д – динамический радиус ведущих колес, м:

𝑟_д = (0,5𝑑 + 𝜆_см ∙ 𝑏) ∙ 10⁻³ = (0,5 ∙ 508 + 0,85 ∙ 254) ∙ 10^-3 = 0,47 м (11)

где d = 508 мм – посадочный размер обода;

b = 254 мм – ширина профиля шины;

λ_см = 0,85 – коэффициент, учитывающий смятие шины под нагрузкой.

u_гп = 3,39 < 9 значит, двойная передача не требуется.

Передаточное число на первой передаче.

Передаточное число на первой передаче определяется из условия обеспечения возможности движения автомобиля по дороге с максимальным приведенным коэффициентом сопротивления:

(13)

где G = 9,8 (m₀ + m_г) – сила тяжести (вес) груженого автомобиля;

ψ_max = 0,5 – максимальный коэффициент дорожного сопротивления.

Полученное значение u_к1 проверяется по условиям отсутствия буксования:

(14)

где φ = 0,6 – коэффициент сцепления движителей с дорогой;

L = 3,69 м – база автомобиля;

h_д = 1 м – высота центра масс.

Условие отсутствия буксования выполняется.

Кроме того, полученное значение u_к1 проверяют по условиям обеспечения необходимой минимальной скорости движения.

Минимальная скорость движения:

(15)

Минимальная скорость движения не превышает допустимого.

Число ступеней коробки передач.

Число ступеней трансмиссии выбирается в зависимости от диапазона передаточных чисел:

(16)

В таблице 5 приведена зависимость d от количества ступеней.

Таблица 5 - Число ступеней трансмиссии

d	5,7…8,5	7,9…9,35	8…10	9,2…18,5	13…19,4	17…24,7
Число ступеней	5	6	8	10	16	20

В коробке передач 5 ступеней.

Передаточные числа промежуточных передач.

Передаточные числа определяются через знаменатель геометрической прогрессии:

(17)

где z = 5 – число передач.

Передаточные числа остальных передач определяют по формулам:

(18)

Передаточные числа трансмиссии:

,	(19)
5,67 Скорости движения автомобиля на всех передачах, соответствующие максимальной частое вращения коленчатого вала двигателя (точка «А»)

Скорости движения автомобиля, соответствующие остальным характерным режимам работы двигателя (точки «В», «С», «D») определяют по формуле, м/с:

(21)

где п_х – текущее значение частоты вращения вала двигателя, с^-1;

u_тр – передаточные числа трансмиссии на каждой передаче.

Расчет скоростей автомобиля приведен в таблице 6.

Таблица 6 - Значения скорости на каждой передаче.

передача	A, м/с	B, м/с	C, м/с	D, м/с
1	4.61	4.18	2.85	1.14
2	7.65	6.93	4.72	1.89
3	12.70	11.51	7.84	3.14
4	21.08	19.11	13.02	5.21
5	35.00	31.72	21.61	8.64

Построение графика тягового баланса автомобиля на высшей передаче.

Сопротивление перекатыванию определяется по формуле:

𝑃_𝜓 = 𝐺 ∙ 𝜓 = 190850 ∙ 0,03 = 5725 Н (22)

(23)

Сопротивление воздуха при движении автомобиля определяется по формуле:

(24)

Сила сопротивления уклона

Касательная сила тяги на движителя определяется по формуле

(25)

График тягового баланса представлен на рисунке 3.