1 Тягово-динамический расчёт

1. Обзор автомобилей - прототипов

Таблица 1 - Характеристики автомобилей – прототипов

Параметр	Автомобиль (фирма производитель, страна)	МАЗ - 5516 РБ	МАЗ -53371 РБ
1		2	3
1. ДВС 1.1. Тип 1.2. Рабочий объем Vh , л 1.3. Максимальная мощность Nemax при частоте вращения вала nN, кВт (л.с.)/об/мин 1.4. Максимальный крутящий момент М еmax при частоте вращения коленчатого вала nM, Н. м/об/мин 1.5. Удельная мощность Nуд = Nemax /ma, кВт/т		Дизель - 243(330)/2100 1225/1500 8,47	Дизель - 171,39/2100 859/1500 10,7
2. Трансмиссия Тип Привод Колесная формула Передаточные числа: делителя коробки перемены передач: первой передачи U1 высшей передачи UВ главной передачи колесной передачи		механическая задний 6×4 - - - - -	механическая задний 4×2 - - - - -
3. Шины (размерность)		12.00 R20	235/75R15.5
4. Габаритные размеры 4.1. Высота Нг, м 4.2. Ширина Вг, м 4.3. Колесная база L, м 4.4. Коэффициент обтекаемости Сх		3,2 2,5 4,05 0,81	3,1 2,5 3,95 0,81
5. Масса 5.1. Полна ma, Т 5.2. Снаряженная mO, Т 5.3. Грузоподъемность mг,Т 5.4. Коэффициент грузоподъемности Кг = mг/ma		28,7 12,4 16,1 0,56	16 7,15 5,15 0,32
6. Динамические характеристики (темперамент) Максимальная скорость Vаmax, км/ч Время разгона 0 – 60 км/ч, с		92 -	85 28
7. Расход топлива, л/100 км: При скорости 75 км/ч, Городской цикл (э.р.)		- -	37 -

1.2 Техническое задание: грузовой автомобиль

Таблица 2 - Данные технического задания на проектирование грузового автомобиля

Параметр	Значение
ДВС Тип Коэффициент приспособляемости по частоте вращения коленчатого вала, K n Коэффициент приспособляемости по крутящему моменту ДВС, Kм	Дизель 1,4 1,109
2.Трансмиссия: число передач	8 с делителем
3 Масса 3.1 Снаряженная m0, т 3.2 Грузоподъемность mг, т	12,4 16,1
4 Темперамент: максимальная скорость V a max, км/ч	92

1.3 Выбор и расчёт основных параметров автомобиля

и двигателя

1.3.1 Параметры автомобиля

1.3.1.1 Полная масса

Полную массу m_а определим по формулам:

m_a = m₀ + n (m_ч + m_б) + m_г;

где m₀ - снаряженная масса;

m_ч = 75 кг – масса человека;

m_г - грузоподъемность;

m_б - масса багажа водителя и пассажиров: грузовых автомобилей – 5 кг;

n - число мест для сидения;

n=2.

m_a = 12400 + 2 ( 75 + 5 ) + 16100 = 28660 кг.

1.3.1.2 Габариты

Основываясь на данных автомобилей – прототипов, которые показаны в таблице 1, принимаем для проектируемого автомобиля:

- габаритную высоту Н_г , м;

Н_г=3,2 м;

- габаритную ширину В_г , м;

В_г=2,5 м;

- расстояние от передней оси до середины тележки сближенных мостов L, м;

L=4,05 м;

- коэффициент обтекаемости С_х;

С_х=0,81.

Рассчитаем коэффициент сопротивления воздуха К_В и площадь лобового сопротивления А_В :

К_В = 0,5 ^. С_х ^. p, (2)

А_В = В_г ^. Н_г, м², (3)

где p = 1,225 кг/м³ – плотность воздуха.

α - коэффициент заполнения площади:

для грузовых автомобилей α = 0,75…0,9;

α = 0,8.

К_В = 0,5 ^. 0,81 ^. 1,225 = 0,496

А_В =0,8 ^. 2,5 ^. 3,2 = 6,4 м²,

Полученное значение К_В должно находится в интервале приведенном в таблице 3.

Таблица 3 - Коэффициент сопротивления воздуха

Тип автомобиля	КВ, Н.с2/м2
грузовой	0,30…0,60

1.3.1.3 Трансмиссия

По Данным таблицы 1 «Характеристики автомобилей – прототипов» принимаем колесную формулу 6×4, тип привода - задний, рассчитываем коэффициент полезного действия (КПД) трансмиссия η_т.

КПД механической трансмиссии автомобиля практически не зависит от режима ее работы и при проектных расчетах может быть найден по формуле:

η_Т = η_дл. ^. η_КПП ^. η ⁿ_к.ш. ^. η ^р_о ^. η ^g_к.п., (4)

где η_дл. – КПД делителя;

η_дл. = 0,975;

η_КПП – КПД коробки передач;

η_КПП = 0,97;

η _к.ш. = 0,995 – КПД карданных шарниров;

n – число карданных шарниров;

n = 4;

η_о – КПД главной передачи;

η_о = 0,96;

р – количество главных передач;

р = 2;

η_к.п. – КПД колесной передачи;

η_к.п. = 0,98;

g – количество колесных передач;

g = 2.

η_Т = 0,975 ^. 0,97 ^. 0,995⁴_. ^. 0,96^{2 .} 0,98² = 0,82

При работе ДВС по внешней скоростной характеристике КПД механической трансмиссии находится в пределах:

η_Т = 0,82…0,87 – грузовые автомобили и автобусы;

1.3.2 Параметры двигателя

Определим мощность двигателя N_ev, необходимую для движения автомобиля с максимальной скоростью:

(5)

где V_max- максимальная скорость автомобиля, км/ч;

_T- КПД трансмиссии;

_Т=0,82;

g =9,81м/с²- ускорение свободного падения;

m_a- полная масса автомобиля;

m_a = 28,66 т;

_max- коэффициент сопротивления дороги при движении автомобиля с максимальной скоростью;

_max= 0,02;

K_В и А_В определены в пункте 1.3.1.2.

,

Внешняя скоростная характеристика двигателя внутреннего сгорания – зависимость эффективной мощности и крутящего момента двигателя Nе и Ме от частоты вращения коленчатого вала n, приближенно может быть представлена зависимостью:

(6)

где N_е – текущая мощность ДВС;

N_{е max} – максимальная мощность ДВС, кВт;

a, b и c – коэффициенты зависящие от типа и конструкции ДВС;

n_е – текущая частота вращения коленчатого вала ДВС, об/мин;

n_N – частота вращения коленчатого вала при максимальной мощности, развиваемой ДВС, об/мин.

Основываясь на данных по ДВС автомобилей – прототипов, которые приведены в таблице 1, принимаем для ДВС проектируемого автомобиля:

n_{е min} = 600…800 об/мин – минимальную устойчивую частоту вращения коленвала;

n_{е min} = 700 об/мин;

n_N – частоту вращения коленчатого вала максимальной мощности, развиваемой ДВС, об/мин.

Для дизельного ДВС n_{е max}= n_N =2100 об/мин.

Для дизельного ДВС частота вращения коленчатого вала при максимальном крутящем моменте, развиваемом ДВС, определяется по соотношению:

n_М = n_N / к_n , (7)

где к_n – коэффициент приспосабливаемости по частоте по частоте вращения коленчатого вала ДВС (приведено в техническом задании на проектирование).

n_М = 2100 / 1,4 = 1500 об/мин ,

Принятые и рассчитанные значения характерных частот вращения коленчатого вала ДВС заносим в таблицу 4.

Таблица 4 - Характерные частоты вращения коленчатого вала ДВС проектируемого автомобиля

Частота ДВС	Обозначение	величина, об/мин
- минимальная устойчивая	ne min	700
- при максимальном крутящем моменте Мe max	nM	1500
- при максимальной мощности Nemax	nN	2100
- максимальная	ne max	2100

Для дизельного ДВС коэффициент приспосабливаемости по крутящему моменту К_м приводится в техническом задании на проектирование:

К_м = 1,109.

Определим коэффициенты a, b и c, входящие в формулу (6) для различных типов ДВС:

- дизельные

(8)

(9)

(10)

Если коэффициенты a, b и c, определены правильно, то для обоих типов ДВС должны выполнятся следующие условия:

1. с < 0;

-1,335 < 0;

2. а + b + с = 1;

0,428 + 1,907 + (-1,335) = 1;

3. b + 2с / К_n = 0;

1,907 + 2 · (-1,335) / 1,4 = 0;

4. a + b / K_n + c/K_n² = K_м;

0,428 + 1,907 / 1,4 – (-1,335) / 1,4²=1,109.

Рассчитанные и проверенные коэффициенты a, b и с заносим в таблицу 5.

Таблица 5 - Коэффициенты для построения ВСХ

a	0,428
b	1,907
с	-1,335

Определим максимальную мощность, развиваемую двигателем

(11)

Ранее найдена мощность N_еV, необходимая для движения автомобиля с максимальной скоростью V_amax, а т.к. при достижении V_amax частота ращения коленчатого вала ДВС также максимальна – n_еmax, тогда N_emax равна мощности при максимальной скорости N_еV, т.к. n_еmax = n_N.

N_emax = N_еV =239,66 кВт.

Рассчитаем удельную мощность N_уд для проектируемого АТС:

N_уд. = (12)

N_уд. =

Крутящий момент М_N при максимальной мощности N _emax:

М_N= (13)

где N _{e max} – максимальная мощность, кВт;

n_N – частота вращения коленчатого вала при максимальной мощности, об/мин.

М_N=

Тогда максимальный крутящий момент М_{e max} равен:

М_{e max} = М_N · К_М , (14)

М_{e max} = 1090 · 1,109 = 1209 Н·м ,

Рассчитанные показатели мощности ДВС N_emax, крутящего момента М_emax и удельной мощности N_уд должны находиться на уровне автомобилей - прототипов, что отражается в таблице 6 и сопоставляется с данными таблицы 7.

Таблица 6 - Основные показатели ДВС проектируемого автомобиля и автомобилей - прототипов

	N emax кВт (л.с.)/об/мин	Мemax Н.м / об/мин	Nуд. кВт/т
проектируемый автомобиль			8,36
автомобили- прототипы			8,47

Таблица 7 - Значения удельной мощности N_уд для различных типов автомобиля

Тип АТС	легковой	грузовой	автобусы	автопоезда	внедорожные
Nуд., кВт/т	17…90	8…20	9…15	4,5…8	7…16

При проектировании грузовых автомобилей, в особенности автопоездов, необходимо, чтобы N_уд было в пределах 7,5…8,5 кВт/т. Это позволит избежать значительных помех более скоростным автомобилям при движении в транспортном потоке: помехи наблюдаются при N_уд. ≤ 6 кВт/т.