Расчет параметров проектируемого средства автотранспорта — автомобиля ГАЗ

Тягово-экономический расчет автомобиля позволяет получить данные, по которым можно судить о тяговых (движение с равномерной скоростью), разгонных (движение с ускорением) и тормозных (движение с замедлением) свойствах автомобиля, а также его топливной экономичности.

Тяговые и разгонные свойства автомобиля определяют только при максимальной подаче топлива. Разгонные и тормозные свойства рассчитывают только для горизонтального участка дороги с хорошим покрытием (в некоторых заданиях допускается принимать с соответствующим обоснованием повышенное значение коэффициента сопротивления дороги).

Время и путь разгона определяют при разгоне до скорости, равной 0,95 от максимальной скорости с последовательным переключением передач, причем расчет начинают с передачи, обеспечивающей наибольшие ускорения, а режимы переключения передач принимают соответствующими тем значениям скоростей движения, при которых пересекаются кривые ускорений для двух соседних передач. Топливную экономичность определяют только для равномерного движения на высшей передаче.

Тягово-экономический расчет автомобиля можно выполнять при использовании компьютера и компьютерных программ.

Будем считать заданными: тип автомобиля, его назначение и область использования, грузоподъемность или пассажировместимость; максимальную скорость; тип двигателя; тип трансмиссии; колесную формулу.

В ходе выполнения расчетно-графической работы выбирается и рассчитывается ряд параметров проектируемого автотранспорта средства и составляется таблица 1 основных параметров автомобиля ГАЗ-3302.

1. Основные параметры автомобиля

Таблица 1

Основные параметры автомобиля ГАЗ-3302

Параметры

Обозначение

Размерность

Значение

Полная масса

Ма

кг

3500

Грузоподъемность

Мг

кг

1500

Двигатель ЗМЗ-402

Максимальный крутящий момент

HЧм

181

Угловая частота вращения коленвала двигателя при максимальном крутящем моменте

щM

(об/мин)

2600

Максимальная мощность двигателя

кВт

73,5

Угловая частота вращения коленвала двигателя при максимальной мощности

щN

(об/мин)

4500

Передаточные числа КПП:

I

II

III

IV

V

ik1

ik2

ik3

ik4

ik5

4,05

2,34

1,4

1,0

0,85

Передаточное число главной передачи

ik0

5,13

Максимальная скорость

км/ч

115

Габаритные размеры:

высота

ширина

длина

h

B

l

мм

мм

мм

2200

2098

5470

1.1 Построение внешней скоростной характеристики двигателя

Внешняя скоростная характеристика двигателя имеет следующие характерные точки

1) щ min — минимально устойчивая угловая частота вращения коленвала двигателя, рад/с;

щ min = 0,2ЧщN .= 0,2Ч471 = 94,2

2) щ M = 272,13рад/с — угловая частота вращения коленвала двигателя, соответствующая максимальному крутящему моменту;

3) щ N = 471рад/с — угловая частота вращения коленвала двигателя, соответствующая максимальной мощности;

4) щ огр — угловая частота вращения коленвала двигателя, при которой срабатывает ограничитель или регулятор (дизель) частоты вращения коленвала двигателя, рад/с

щ огр = (0,8 ч 0,9) Ч щN .= 0,85 Ч 471 = 400,35

Текущее значение мощности определяется по формуле

где — значение эффективной мощности двигателя при заданной угловой частоте вращения двигателя , кВт; max — максимальная мощность, кВт;

  • угловая частота вращения коленвала двигателя, рад/с;
  • обороты вращения коленвала при максимальной мощности, рад/с;
  • a, b, c- постоянные коэффициенты, зависящие от конструкции двигателя.

Двигатель ЗМЗ-402 снабжен регулятором частоты вращения коленвала двигателя, поэтому коэффициенты a, b, c вычисляются по формулам

;

156,05HЧм;

16 %,

0,86; 1,04;

=0,9

Проверяя, получим 0,86+1,04-0,9=1 — расчеты проведены верно.

Пределы изменения нагрузки на двигатель, соответствующей его устойчивой работе, т.е способности автоматически приспосабливаться к изменениям нагрузки на колесах оценивают запасом крутящего момента

где- максимальный крутящий момент, HЧм;

  • крутящий момент при максимальной мощности, HЧм.

Крутящий момент при максимальной мощности

Отношение называют коэффициент приспособляемости по частоте. Практика показывает, что чем больше коэффициент , тем шире диапазон устойчивой работы двигателя, при этом улучшается топливная экономичность автомобиля.

Крутящий момент двигателя определяется по формуле

Тяговая мощность определяется по формуле

Где = 0,85 — КПД трансмиссии (табл. 1).

Рассчитанные значения мощности записываем в таблицу 2.

Таблица 2

Данные для построения внешней скоростной характеристики

рад/с

94,2

141,3

188,4

272,13

329,7

400,35

423,9

471

об/мин

900

1350

1800

2600

3150

3825

4050

4500

кВт

15,1

23,9

33,08

49,3

58,8

68,4

69,8

73,5

л.с

20,53

32,49

44,98

67,03

79,94

92,99

94,90

99,93

HЧм

160,3

169,1

175,7

181,1

178,3

170,8

164,6

156,1

кВт

12,84

20,32

28,12

41,90

49,90

58,10

59,30

62,50

По результатам расчетов (табл.2) строим графики ,,

1.2 Построение лучевой диаграммы

Диаграмму строят исходя из условия

где — частота вращения коленвала двигателя, рад/с;

  • радиус качения колеса;
  • передаточное число передачи;
  • передаточное число главной передачи.

Кинематический радиус определяют при условии максимальной скорости автомобиля и номинальных оборотах двигателя на высшей передаче в метрах

= 0,296 м;

Расчет скорости при = = 471 рад/с

Таблица 3

Результаты расчета лучевой диаграммы

Передача

I

II

III

IV

V

4,05

2,34

1,4

1

0,85

iк0

5,13

,рад/с

471

0,296

,км/ч

24

42

70

98

115

По результатам расчетов (табл. 3) строим лучевую диаграмму

1.3 Построение тяговой характеристики автомобиля

Тяговая характеристика или мощностной баланс показывает распределение мощности на всех передачах по отдельным видам сопротивлений

, кВт;

  • Где — мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивление воздуха, кВт;
  • мощность, затрачиваемая на преодоление суммарного дорожного сопротивления, кВт;
  • мощность, затрачиваемая на преодоление инерции, кВт;
  • потери мощности в трансмиссии, кВт.

Разность между мощностью двигателя и мощностью на ведущих колесах представляет собой мощность механических потерь (табл.4).

Потери мощности на преодоление сопротивления воздуха определяем по формуле

кВт,

где к = 0,55 — коэффициент обтекаемости;

  • скорость, м/с; F — лобовое сечение автомобиля, мІ.

где B = 2,098м — колея автомобиля; h= 2,2 м -высота автомобиля,т.е. F =4,616 м 2 .

Значения при различных скоростях заносим в таблицу 5.

Величину мощности суммарного дорожного сопротивления можно найти по формуле

, кВт;

  • где- полный вес транспортного средства, кг;
  • скорость транспортного средства, м/с;
  • суммарный коэффициент дорожного сопротивления;
  • I — коэффициент сопротивления подъему (при построении мощностного баланса принимаем i = 0, т.к. рассматриваем движение по горизонтальному участку дороги);

f — коэффициент сопротивления качению

где — коэффициент сопротивления качению определяется по формуле

;

3500 Ч 9,81 = 34335 Н.

Таким образом,

Значения при различных скоростях заносим в таблицу 5.

В таблице 5 дополнительно рассчитываем суммарные потери мощности на преодоление сопротивления воздуха и дорожных сопротивлений.

Таблица 4

Результаты расчета мощностного баланса

,рад/с

94,2

141,3

188,4

272,13

329,7

400,35

423,9

471

4,05

, км/ч

5

7

10

14

17

21

22

24

, кВт

15,1

23,9

33,08

49,3

58,8

68,4

69,8

73,5

,кВт

12,84

20,32

28,12

41,90

49,90

58,10

59,3

62,5

2,34

, км/ч

8

13

17

24

29

36

38

42

, кВт

15,1

23,9

33,08

49,3

58,8

68,4

69,8

73,5

,кВт

12,84

20,32

28,12

41,90

49,90

58,10

59,3

62,5

1,4

, км/ч

14

21

28

40

49

59

63

70

, кВт

15,1

23,9

33,08

49,3

58,8

68,4

69,8

73,5

,кВт

12,84

20,32

28,12

41,90

49,90

58,10

59,3

62,5

1,0

, км/ч

20

29

39

57

68

83

88

98

, кВт

15,1

23,9

33,08

49,3

58,8

68,4

69,8

73,5

,кВт

12,84

20,32

28,12

41,90

49,90

58,10

59,3

62,5

0,85

, км/ч

23

35

46

67

81

98

104

115

, кВт

15,1

23,9

33,08

49,3

58,8

68,4

69,8

73,5

, кВт

12,84

20,32

28,12

41,90

49,90

58,10

59,3

62,5

Таблица 5

Результаты расчета мощностного баланса

, км/ч

24

42

70

98

115

,кВт

2,345

4,203

7,671

12,084

15,469

,кВт

0,766

3,977

18,568

50,966

82,997

,кВт

3,111

8,18

26,239

63,05

98,466

По результатам расчетов (табл.4) и (табл.5) строим график мощностного баланса.

1.4 Построение графика силового баланса

Силовой баланс показывает распределение полной окружной силы на ведущих колесах по отдельным видам сопротивлений

, Н;

  • Где — сила сопротивления воздуха, Н;
  • сила суммарного дорожного сопротивления, Н;
  • сила сопротивления инерция, Н.

Полная окружная сила на всех передачах определяется по формуле

, Н.

Сила суммарного дорожного сопротивления определяется по формуле

Н;

  • Где = 34335 Н — полный вес автомобиля;
  • коэффициент сопротивления качению;

Расчет силы суммарного дорожного сопротивления:

Силу сопротивления воздуха находят по формуле

Н;

  • Где к = 0,55 — коэффициент обтекаемости;
  • скорость автомобиля, м/с; F = 4,616 м 2 — площадь поперечного сечения.

Расчет силы сопротивления воздуха:

Рассчитанные значения сил заносим в табл.6.

Максимально возможная скорость автомобиля определяется точкой пересечения графика для 5-ой передачи с кривой суммарного сопротивления.

Таблица 6

Результаты расчета силового баланса

, км/ч

24

42

70

98

115

114,25

342,43

956,59

1575,23

2595,67

349,53

361,89

395,19

444,63

483,78

463,78

704,33

1351,79

2019,87

3079,45

Таблица 7

,рад/с

94,2

141,3

188,4

272,13

329,7

400,35

423,9

471

4,05

, км/ч

5

7

10

14

17

21

22

24

9563,8

10088,8

10482,6

10804,8

10637,7

10190,3

9820,4

9313,2

2,34

, км/ч

8

13

17

24

29

36

38

42

5525,78

5829,13

6056,64

6242,79

6146,27

5887,73

5674,01

5381,00

1,4

, км/ч

14

21

28

40

49

59

63

70

3306,25

3487,51

3623,63

3735,00

3677,25

3522,57

3394,70

3219,40

1,00

, км/ч

20

29

39

57

68

83

88

98

2361,44

2491,08

2588,31

2667,86

2626,61

2516,12

2424,79

2299,57

0,85

, км/ч

23

35

46

67

81

98

104

115

2007,29

2117,42

2200,06

2267,68

2232,62

2138,7

2061,07

1954,63

По данным таблиц 6 и 7 строим график силового баланса.

1.5 Построение динамической характеристики автомобиля

Динамический фактор определяется по формуле

Где — полная окружная сила, Н;

  • сила сопротивления воздуха, Н;
  • свободная сила тяги, Н;

3500 Ч 9,81 = 34335 Н — суммарная нормальная опорная реакция всех колес автомобиля. Полученные значения динамического фактора при определенной скорости автомобиля заносим в таблицу 8.

скоростной силовой динамический топливный

Расчетные значения fзаносим в таблицу 9.

По данным табл. 9 строим график f = f(), где пересечение кривой f = f() c кривой D = f() даст максимальную скорость автомобиля.

Таблица 8

Результаты расчета динамического фактора

,рад/с

94,2

141,3

188,4

272,13

329,7

400,35

423,9

471

I

4,05

, км/ч

5

7

10

14

17

21

22

24

0,275

0,291

0,302

0,311

0,306

0,293

0,283

0,268

II

2,34

, км/ч

8

13

17

24

29

36

38

42

0,151

0,160

0,166

0,172

0,169

0,162

0,155

0,147

III

1,4

, км/ч

14

21

28

40

49

59

63

70

0,068

0,074

0,078

0,081

0,079

0,075

0,071

0,066

IV

1,00

, км/ч

20

29

39

57

68

83

88

98

0,023

0,027

0,03

0,032

0,031

0,027

0,025

0,021

V

0,85

, км/ч

23

35

46

67

81

98

104

115

-0,017

-0,014

-0,012

-0,010

-0,012

-0,013

-0,016

-0,019

Таблица 9

Результаты расчета коэффициента сопротивления качения

, км/ч

24

42

70

98

115

f

0,01018

0,01054

0,01151

0,01295

0,01409

1.6 Определение ускорения автомобиля

Величину ускорения можно определить по формуле

, м/сІ;

где величину можно определить по динамической характеристике, ,

где g- ускорение свободного падения, м/сІ;

  • д — коэффициент учета вращающихся масс, его величину определяют по эмпирической формуле .

Расчет д:

Расчет ускорения автомобиля:

Расчетные значения д и j на различных передачах заносим в табл.10.

По данным таблицы 10 строим график ускорения .

Таблица 10

Результаты расчета ускорения

д

,рад/с

94,2

141,3

188,4

272,13

329,7

400,35

423,9

471

1,696

4,05

, км/ч

5

7

10

14

17

21

22

24

1,530

1,623

1,686

1,738

1,709

1,634

1,576

1,490

1,259

2,34

, км/ч

8

13

17

24

29

36

38

42

1,093

1,163

1,210

1,257

1,233

1,179

1,124

1,062

1,118

1,4

, км/ч

14

21

28

40

49

59

63

70

0,495

0,548

0,583

0,609

0,592

0,557

0,521

0,478

1,08

1,00

, км/ч

20

29

39

57

68

83

88

98

0,091

0,127

0,154

0,172

0,163

0,127

0,109

0,073

1,069

0,85

, км/ч

23

35

46

67

81

98

104

115

-0,285

-0,258

-0,239

-0,221

-0,239

-0,248

-0,276

-0,303

1.7 Построение графиков обратного ускорения

Время и путь разгона следует определять графоаналитическим методом. Для определения времени разгона строится график величин, обратных ускорений. Поскольку величина, обратная ускорению, при скорости, близкой к максимальной имеет большое значение, построение следует ограничить скоростью

92 км/ч.

По данным таблицы 10 считаем значения обратных ускорений1/j, сІ/м и заносим их в таблицу 11.

Таблица 11

Результаты расчета обратного ускорения

д

,рад/с

94,2

141,3

188,4

272,13

329,7

400,35

423,9

471

1,696

4,05

, км/ч

5

7

10

14

17

21

22

24

1/j1

0,653

0,616

0,593

0,575

0,585

0,611

0,634

0,671

1,259

2,34

, км/ч

8

13

17

24

29

36

38

42

1/j2

0,914

0,859

0,826

0,795

0,811

0,848

0,889

0,941

1,118

1,4

, км/ч

14

21

28

40

49

59

63

70

1/j3

2,02

1,82

1,71

1,64

1,69

1,79

1,92

2,09

1,08

1,00

, км/ч

20

29

39

57

68

83

88

98

1/j4

11

7,9

6,5

5,8

6,1

7,9

9,2

13,7

1,069

0,85

, км/ч

23

35

46

67

81

98

104

115

1/j5

-3,5

-3,87

-4,18

-4,52

-4,18

-4,03

-3,62

-3,3

По данным таблицы 11 аналогично графику ускорений строится график обратных ускорений.

1.8 Определение времени и пути разгона автомобиля

Для определения времени разгона график обратных ускорений разбивают на ряд интервалов скоростей, в каждом из которых определятся площадь, заключенная между кривой величин, обратных ускорению и осью абсцисс — это площадь времени движения.

Время движения на каждом участке определятся по формуле

, с;

  • Где i — порядковый номер интервала;
  • площадь, заключенная между кривой и осью абсцисс, мм 2 ;

а — масштабный коэффициент, показывающий на графике 1/j количество мм в 1 с 2 /м;

  • b — масштабный коэффициент скорости, показывающий на графике скорости количество мм в 1 м/с.

а = 10 мм в сІ/м,

b = 3,6 мм в м/с.

Расчетные значения времени разгона на различных интервалах заносим в таблицу 12, а на графике время разгона откладывается нарастающим итогом.

Таблица 12

Результаты расчета времени разгона

Интервал

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

,ммІ

29

25

27

30

35

39

44

49

57

65

73

86

98

114

138

178

239

347

t, с

0,53

0,57

0,6

0,76

0,9

1

1,3

1,5

1,71

2

2,5

2,95

3,4

4

5,1

4,9

6,6

9,6

По таблице 12 определяем общее время разгона 46 с.

Для определения пути разгона график времени разгона разбиваем на интервалы и подсчитываем площади, заключенные между кривой и осью ординат.

Путь разгона на каждом участке определяется по формуле

м,

Где — путь разгона на -том интервале скоростей, м;

  • площадь между кривой и осью ординат, мм 2 ;
  • с — масштабный коэффициент времени, показывающий на графике количество мм в одну секунду.

с = 2 мм в 1 с.

Расчет пути разгона на первом интервале

Значения заносим в табл.13. Найденный в каждом интервале путь разгона последовательно суммируем и строим график

Таблица 13

Интервал

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

,ммІ

68

135

199

243

301

305

333

359

377

393

407

421

433

442

450

458

466

471

S, м

9,4

18,8

27,6

33,8

41,8

42,4

46,3

49,9

52,4

54,6

56,5

58,5

60,1

61,4

62,5

63,6

64,7

65,4

По таблице 13 найдем суммарное значение пути =869,7м.

1.9 Топливная экономичность (путевой расход топлива)

Путевой расход топлива

Где , — плотность топлива, для бензина 0,75 кг/л;

  • удельный расход топлива, г/кВт*ч.

Значения определяют по зависимости

Где и — коэффициенты, учитывающие изменение соответственно от нагрузки и угловой скорости. Принимаем=300 г/кВт*ч.

Определяем

где , и равны соответственно 2,75; (-4,61) и 2,86 для бензиновых;

Расчеты следует выполнять для трех значений дорожного сопротивления: =0,03; +0,001=0,031,+0,002=0,032.

Результаты заносим в таблицу 14 для дорожного сопротивления .

;

Таблица 14

Результаты расчета топливной экономичности автомобиля при = 0,1295

рад/с

94,2

141,3

188,4

272,13

329,7

400,35

423,9

471

кВт

15,1

23,9

33,08

49,3

58,8

68,4

69,8

73,5

кВт

2,47

3,582

4,817

7,04

8,399

10,251

10,869

12,104

кВт

0,435

1,327

3,228

10,077

17,11

31,114

37,082

51,215

кВт

3

5

8

17

25

41

48

63

И

0,234

0,246

0,285

0,406

0,5

0,705

0,809

1,008

1,828

1,789

1,668

1,349

1,160

0,921

0,892

1,009

1,094

1,043

1,0

0,961

0,951

0,963

0,973

1,0

м/с

20

29

39

57

68

83

88

98

г/кВт*ч

599,95

559,77

500,4

388,91

330,94

266,07

260,37

302,7

Q S

л/100км

14,116

15,15

16,10

18,19

19,095

20,622

22,282

30,527

Таблица 15

Результаты расчета топливной экономичности автомобиля при = 0,01395

рад/с

94,2

141,3

188,4

272,13

329,7

400,35

423,9

471

кВт

15,1

23,9

33,08

49,3

58,8

68,4

69,8

73,5

кВт

2,661

3,858

5,189

7,584

9,047

11,043

11,708

13,039

кВт

0,435

1,327

3,228

10,077

17,11

31,114

37,082

51,215

кВт

3

5

8

18

26

42

49

64

И

0,234

0,246

0,285

0,406

0,5

0,705

0,809

1,008

1,828

1,789

1,668

1,349

1,160

0,921

0,892

1,009

1,094

1,043

1,0

0,961

0,951

0,963

0,973

1,0

м/с

20

29

39

57

68

83

88

98

г/кВт*ч

599,95

559,77

500,4

388,91

330,94

266,07

260,37

302,7

QS

л/100км

14,116

15,15

16,10

19,26

19,85

21,12

22,74

31,01

Таблица 16

Результаты расчета топливной экономичности автомобиля при = 0,01495

рад/с

94,2

141,3

188,4

272,13

329,7

400,35

423,9

471

кВт

15,1

23,9

33,08

49,3

58,8

68,4

69,8

73,5

кВт

2,852

4,135

5,561

8,127

9,696

11,835

12,548

13,973

кВт

0,435

1,327

3,228

10,077

17,11

31,114

37,082

51,215

кВт

3

5

9

18

27

43

50

65

И

0,234

0,246

0,285

0,406

0,5

0,705

0,809

1,008

1,828

1,789

1,668

1,349

1,160

0,921

0,892

1,009

1,094

1,043

1,0

0,961

0,951

0,963

0,973

1,0

м/с

20

29

39

57

68

83

88

98

г/кВт*ч

599,95

559,77

500,4

388,91

330,94

266,07

260,37

302,7

QS

л/100км

14,116

15,15

18,11

19,26

20,62

21,12

22,74

31,01

По значениям иQ S из таблиц 14, 15 и 16 строим график QS =f() для , и

1.10 Тормозной и остановочный пути

Для определения тормозного и остановочного путей

Принимаем следующие значения параметров: = 0,1 с — для гидропривода; = 0,4 с — для автомобилей полной массой до 3,5т,

= 0,8 с — время реакции водителя.

В расчетах следует брать =0,6 для грузовых автомобилей. Результаты расчета заносим в таблицу 17, причем установившееся замедление будет равно

м/с 2 .

Таблица 17

Результаты расчета тормозного и остановочного пути

м/с

5

10

16,7

21,7

26,4

м

3,62

11,48

28,68

46,48

67,08

м

7,62

19,48

42,04

63,84

88,2

По данным табл. 17 строим график, на котором наносим значение при = 60 км/ч.

Список использованной литературы:

[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/kursovaya/gaz-7/

1. Нарбут А.Н, Автомобили: Основные термины; Толковый словарь; Более 4000 терминов. — М.: ООО «Издательство Астрель», ООО «Издательство АСТ». — 2002.

2. Островцев А.Н. Основы проектирования автомобилей. — М.: Машиностроение. -1968.

3. Высоцкий М.С., Беленький Ю.Ю. и др. Грузовые автомобили (проектирование автомобилей).

— М.: Машиностроение. -1979.

4. Нарбут А.Н. Рабочие процессы и расчет механизмов и систем автомобиля: Учебное пособие. — М.: МАДИ.- Изд. 2-е. Часть 1, 1993 (или изд. 3. -2002).

5. Осепчугов В.В., Фрумкин А.К. Автомобиль. Анализ конструкций, элементы расчета: Учебник. — М.: Машиностроение. -1989.

6. Михайловский Е.В., Серебряков К.Б., Тур Е.Я. Устройство автомобиля / Учебник для учащихся автотранспорт, техникумов. — М.: Машиностроение, 1987.- 352 с.

7. Автомобиль. Под ред. А.Н. Островцева.- М.: Машиностроение, 1976.- 296 с.