1.3 Тяговая характеристика автомобиля
Тяговой характеристикой автомобиля называется графическое изображение уравнения тягового баланса в координатах FT – скорость автомобиля Va.
Тяговой силой называется отношение крутящего момента на полуосях к радиусу ведущих колес автомобиля.
FT = Те * iк.п. * iг.п. * ηтр / rд ,
где Те – момент двигателя, Н * м;
iк.п. – передаточное число коробки передач;
iг.п – передаточное число главной передачи;
ηтр – коэффициент полезного действия трансмиссии. Примем ηтр = 0,91;
rд – динамический радиус качения, м
Шины – 185/75 R16,
где 185 – ширина профиля шины (Вш)
Δш – коэффициент высоты профиля шины, Δш = 75% = 0,75
Найдем высоту профиля шины Нш
Нш = Вш * Δш, мм
Нш = 185 * 0,75 = 138, 75 мм
Рассчитаем статический радиус rc
rc = 0,5 * d * λz * Hш,
где λz – коэффициент деформации шины. Примем λz = 0,83
rc = 0,5 * d * λz * Вш * Δш, м
rc = 0,5 * 16 * 25,4 + 0,83 * 185 * 0,75 = 318,4 мм = 0,318 м
Рассчитаем тяговую силу для I передачи:
FT1(80) = (55,3 * 4,05 * 5,125 * 0,91) / 0,318 = 3,29 кН
FT1(180) = (111,1 * 4,05 * 5,125 * 0,91) / 0,318 = 6,6 кН
FT1(260) = (130,8 * 4,05 * 5,125 * 0,91) / 0,318 = 7,77 кН
FT1(340) = (148 * 4,05 * 5,125 * 0,91) / 0,318 = 8,79 кН
FT1(420) = (145,7 * 4,05 * 5,125 * 0,91) / 0,318 = 8,65 кН
FT1(500) = (136 * 4,05 * 5,125 * 0,91) / 0,318 = 8,08 кН
Рассчитаем тяговую силу для II передачи:
FT2(80) = (55,3 * 2,34 * 5,125 * 0,91) / 0,318 = 1,9 кН
FT2(180) = (111,1 * 2,34 * 5,125 * 0,91) / 0,318 = 3,81 кН
FT2(260) = (130,8 * 2,34 * 5,125 * 0,91) / 0,318 = 4,49 кН
FT2(340) = (148 * 2,34 * 5,125 * 0,91) / 0,318 = 5,08 кН
FT2(420) = (145,7 * 2,34 * 5,125 * 0,91) / 0,318 = 5 кН
FT2(500) = (136 * 2,34 * 5,125 * 0,91) / 0,318 = 4,67 кН
Рассчитываем тяговую силу для III передачи:
FT3(80) = (55,3 * 1,395 * 5,125 * 0,91) / 0,318 = 1,13 кН
FT3(180) = (111,1 * 1,395 * 5,125 * 0,91) / 0,318 = 2,27 кН
FT3(260) = (130,8 * 1,395 * 5,125 * 0,91) / 0,318 = 2,68 кН
FT3(340) = (148 * 1,395 * 5,125 * 0,91) / 0,318 = 3,03 кН
FT3(420) = (145,7 * 1,395 * 5,125 * 0,91) / 0,318 = 2,98 кН
FT3(500) = (136 * 1,395 * 5,125 * 0,91) / 0,318 = 2,78 кН
Рассчитаем тяговую силу для IV передачи:
FT4(80) = (55,3 * 1 * 5,125 * 0,91) / 0,318 = 0,81 кН
FT4(180) = (111,1 * 1 * 5,125 * 0,91) / 0,318 = 1,63 кН
FT4(260) = (130,8 * 1 * 5,125 * 0,91) / 0,318 = 1,92 кН
FT4(340)
= (148 * 1 * 5,125 * 0,91) / 0,318 = 2,17 кН
FT4(420) = (145,7 * 1 * 5,125 * 0,91) / 0,318 = 2,14 кН
FT4(500) = (136 * 1 * 5,125 * 0,91) / 0,318 = 2 кН
Рассчитаем тяговую силу для V передачи:
FT5(80) = (55,3 * 0,849 * 5,125 * 0,91) / 0,318 = 0,69 кН
FT5(180) = (111,1 * 0,849 * 5,125 * 0,91) / 0,318 = 1,38 кН
FT5(260) = (130,8 * 0,849 * 5,125 * 0,91) / 0,318 = 1,63 кН
FT5(340) = (148 * 0,849 * 5,125 * 0,91) / 0,318 = 1,84 кН
FT5(420) = (145,7 * 0,849 * 5,125 * 0,91) / 0,318 = 1,81 кН
FT5(500) = (136 * 0,849 * 5,125 * 0,91) / 0,318 = 1,69 кН
Расчет скорости движения автомобиля
Определим скорость движения автомобиля Va
Va = (ωe * rk) / (iк.п. * iг.п.)
rk = rc
Вычисляем скорость движения автомобиля для I передачи
Va1(80) = (80 * 0,318) / (4,05 * 5,125) = 1,23 м/с
Va1(180) = (180 * 0,318) / (4,05 * 5,125) = 2,76 м/с
Va1(260) = (260 * 0,318) / (4,05 * 5,125) = 3,98 м/с
Va1(340) = (340 * 0,318) / (4,05 * 5,125) = 5,21 м/с
Va1(420) = (420 * 0,318) / (4,05 * 5,125) = 6,43 м/с
Va1(500) = (500 * 0,318) / (4,05 * 5,125) = 7,66 м/с
Вычисляем скорость движения автомобиля для II передачи
Va2(80) = (80 * 0,318) / (2,34* 5,125) = 2,12 м/с
Va2(180) = (180 * 0,318) / (2,34* 5,125) = 4,77 м/с
Va2(260) = (260 * 0,318) / (2,34 * 5,125) = 6,89 м/с
Va2(340) = (340 * 0,318) / (2,34 * 5,125) = 9,02 м/с
Va2(420) = (420 * 0,318) / (2,34 * 5,125) = 11,14 м/с
Va2(500) = (500 * 0,318) / (2,34 * 5,125) = 13,26 м/с
Вычисляем скорость движения автомобиля для III передачи
Va3(80) = (80 * 0,318) / (1,395 * 5,125) = 3,56 м/с
Va3(180) = (180 * 0,318) / (1,395 * 5,125) = 8,01 м/с
Va3(260) = (260 * 0,318) / (1,395 * 5,125) = 11,56 м/с
Va3(340) = (340 * 0,318) / (1,395 * 5,125) = 15,12 м/с
Va3(420) = (420 * 0,318) / (1,395 * 5,125) = 18,68 м/с
Va3(500) = (500 * 0,318) / (1,395 * 5,125) = 22,24 м/с
Вычисляем скорость движения автомобиля для IV передачи
Va4(80) = (80 * 0,318) / (1 * 5,125) = 4,96 м/с
Va4(180) = (180 * 0,318) / (1 * 5,125) = 11,17 м/с
Va4(260) = (260 * 0,318) / (1 * 5,125) = 16,13 м/с
Va4(340) = (340 * 0,318) / (1 * 5,125) = 21,1 м/с
Va4(420) = (420 * 0,318) / (1 * 5,125) = 26,06 м/с
Va4(500) = (500 * 0,318) / (1 * 5,125) = 31,02 м/с
Вычисляем скорость движения автомобиля для V передачи
Va5(80) = (80 * 0,318) / (0,849 * 5,125) = 5,85 м/с
Va5(180)
= (180 * 0,318) / (0,849 * 5,125) = 13,16 м/с
Va5(260) = (260 * 0,318) / (0,849 * 5,125) = 19 м/с
Va5(340) = (340 * 0,318) / (0,849 * 5,125) = 24,85 м/с
Va5(420) = (420 * 0,318) / (0,849 * 5,125) = 30,7 м/с
Va5(500) = (500 * 0,318) / (0,849 * 5,125) = 35,85 м/с
Определяем силу сопротивления качению Ff
Ff = f * Ga,
где f - коэффициент сопротивления качению;
Ga – сила тяжести (вес автомобиля), кН
Ga = Мгр * g;
Мгр = 3250 кг
Ga = 3250 * 9,81 = 31883 Н = 32 кН
Коэффициент сопротивления качению f с ростом скорости движения автомобиля увеличивается, при этом увеличение происходит после достижения скорости 60 – 80 км/ч. Для учета этой зависимости используем формулу
f = f0 * (1 + F * Va2),
где
f0
–
коэффициент сопротивления качению при
малых скоростях. Примем f0
= 0,009;
А – коэффициент, учитывающий влияние скорости движения. Примем А = 0,0004;
Va – скорость движения автомобиля
Рассчитаем
коэффициент сопротивления качению для
V
передачи
f(80) = 0,009 * (1 + 0,0004 * 5,852) = 0,009
f(180) = 0,009 * (1 + 0,0004 * 13,162) = 0,009
f(260) = 0,009 * (1 + 0,0004 * 192) = 0,01
f(340) = 0,009 * (1 + 0,0004 * 24,852) = 0,011
f(420) = 0,009 * (1 + 0,0004 * 30,72) = 0,012
f(500) = 0,009 * (1 + 0,0004 * 35,852) = 0,013
C увеличением скорости коэффициент сопротивления качению и сила сопротивления качению увеличиваются.
Силу сопротивления качению рассчитываем по формуле
Ff = f * Ga, H
Ff(80) = 0,009 * 32 = 0,29 kH
Ff(180) = 0,009 * 32 = 0,29 kH
Ff(260) = 0,010 * 32 = 0,32 kH
Ff(340) = 0,011 * 32 = 0,35 kH
Ff(420) = 0,012 * 32 = 0,38 kH
Ff(500) = 0,013 * 32 = 0,42 kH
Рассчитываем
полную аэродинамическую силу на V
передачи Fwx
Fwx = 0,5 * Cx * ρB * Ax * Va2,
где Сх – коэффициент обтекаемости автомобиля. Примем Сх = 0,5;
ρB – плотность воздуха, ρB = 1,225 кг/м3;
Ах – площадь наибольшего поперечного сечения автомобиля
Ах = αП * Вг * Нг, м2
αП – коэффициент полноты сечения. Примем αП = 0,76;
Вг – ширина автомобиля. Вг = 1,966 м;
Нг – высота автомобиля. Нг = 2,2 м
Ах = 0,76 * 1,966 * 2,2 = 3,29 м2
Fwx(80) = 0,5 * 0,5 * 1,225 * 3,29 * 5,852 = 0,03 кН
Fwx(180) = 0,5 * 0,5 * 1,225 * 3,29 * 13,162 = 0,17 кН
Fwx(260) = 0,5 * 0,5 * 1,225 * 3,29 * 192 = 0,36 кН
Fwx(340) = 0,5 * 0,5 * 1,225 * 3,29 * 24,852 = 0,62 кН
Fwx(420) = 0,5 * 0,5 * 1,225 * 3,29 * 30,72 = 0,95 кН
Fwx(500) = 0,5 * 0,5 * 1,225 * 3,29 * 35,852 = 1,29 кН
Все полученные значения заносятся в таблицу 2.
Таблица 2
Результаты расчетов тяговой характеристики и сил суммарного сопротивления движению автомобиля ГАЗ 3221
|
ωе, с-1 |
80 |
180 |
260 |
340 |
420 |
500 |
|
FT1, kH |
3,29 |
6,6 |
7,77 |
8,79 |
8,65 |
8,08 |
|
FT2, kH |
1,9 |
3,81 |
4,49 |
5,08 |
5 |
4,67 |
|
FT3, kH |
1,13 |
2,27 |
2,68 |
3,03 |
2,98 |
2,78 |
|
FT4, kH |
0,81 |
1,63 |
1,92 |
2,17 |
2,14 |
2 |
|
FT5, kH |
0,69 |
1,38 |
1,63 |
1,84 |
1,81 |
1,69 |
|
Va1, м/с |
1,23 |
2,76 |
3,98 |
5,21 |
6,43 |
7,66 |
|
Va2, м/с |
2,12 |
4,77 |
6,89 |
9,02 |
11,14 |
13,26 |
|
Va3, м/с |
3,56 |
8,01 |
11,56 |
15,12 |
18,68 |
22,24 |
|
Va4, м/с |
4,96 |
11,17 |
16,13 |
21,1 |
26,06 |
31,02 |
|
Va5, м/с |
5,85 |
13,16 |
19 |
24,85 |
30,7 |
35,85 |
|
f |
0,009 |
0,009 |
0,010 |
0,011 |
0,012 |
0,013 |
|
Ff, kH |
0,29 |
0,29 |
0,32 |
0,35 |
0,38 |
0,42 |
|
Fwx, kH |
0,03 |
0,17 |
0,36 |
0,62 |
0,95 |
1,29 |
|
Ff + Fwx, kH |
0,32 |
0,46 |
0,68 |
0,97 |
1,33 |
1,71 |
Конечным итогом является построение тяговой характеристики автомобиля, она строится в зависимости от тяговой силы на каждой передаче и скорости движения автомобиля. Также на этом графике наносятся суммарные силы сопротивления движению на пятой передаче.
Н