ТЯГОВО-ДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ АВТОМОБИЛЯ
Министерство образования Республики Беларусь
БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра «Строительные и дорожные машины»
МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ
по выполнению практических работ по дисциплине «Проектирование строительных и дорожных машин»
Минск 2015
Практическое занятие №1
ТЯГОВЫЙ РАСЧЕТ АВТОМОБИЛЯ
ЗАДАНИЕ
1. Изучить методику тягового расчета автомобиля;
2. определить в соответствии с заданием (таблица 1):
собственный вес автомобиля;
мощность двигателя автомобиля;
силы сопротивления воздуха;
передаточные числа главной передачи и коробки передач;
максимальный динамический фактор.
Основные параметры автомобилей
Таблица 1
| Параметры | Номер варианта | ||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | |||
| Автомобиль (прототип) | МАЗ-531605-210 | ЗИЛ-43273Н | ЗИЛ-433440 | КамАЗ-4326 | КамАЗ-43118 | Урал-43206-41 | Урал-532301 | ||
| Номинальная грузоподъемность, кг | 5000 | 3000 | 3750 | 3275 | 10000 | 3600 | 10000 | ||
| Колесная формула | 4  4
| 4 4
| 6 6
| 4 4
| 6 6
| 4 4
| 8 8
| ||
| Максимальная скорость на прямой передаче, км/ч | 85 | 89 | 85 | 90 | 90 | 90 | 85 | ||
Площадь лобовой поверхности,  , мм
| 2520
3050
| 2475
2810
| 2500
2975
| 2320
3100
| 2320
3150
| 2550
3065
| 2550
3190
| ||
Коэффициент обтекаемости,  , кгс-с2/м4
| 0,05 | ||||||||
| Двигатель, тип | дизельный | карбюраторный | дизельный | ||||||
| Частота вращения при максимальной скорости, об/мин | 2000 | 3200 | 2200 | 2100 | 2000 | ||||
Коэффициент приспособляемости двигателя по моменту, 
| 1,2
| ||||||||
| Число передач | 9 | 5 | 9 | ||||||
Радиус колес,  , м
| 0,675 | 0,43 | 0,63 | ||||||
Методика тягового расчета автомобиля
Одной из основных задач тягового расчета автомобиля является выбор мощности двигателя длярассчитываемого автомобиля. Мощность двигателя должна быть достаточной для обеспечения движения с заданной максимальной скоростью 
при полном использовании грузоподъемности автомобиля. Такую скорость автомобиль должен развивать на хороших дорогах, для которых коэффициент сопротивления качению может быть принят равным 0,02–0,025. Кроме того, считается необходимым, чтобы автомобили, предназначенные для работы в сельском хозяйстве, имели запас динамического фактора 1–1,5% для преодоления дополнительных местных сопротивлений без снижения максимальной скорости. В связи с этим за расчетное значение приведенного коэффициента дорожных сопротивлений, при котором автомобиль должен развивать максимальную скорость, следует брать величину 
. Обозначим мощность двигателя, необходимую для движения в указанных условиях, через 
,л. с. Она может быть определена по формуле:
, л.с. (1)
где – мощность двигателя автомобиля при максимальной скорости 
; 
– приведенный коэффициент сопротивления дороги, примем 
; 
– собственный вес автомобиля (в снаряженном состоянии без нагрузки), кг; 
– грузоподъемность автомобиля, кг; 
– сила сопротивления воздуха при максимальной скорости движения; 
– КПД трансмиссии при полной загрузке двигателя на прямой передаче, примем 
.
|
|
|
У грузовых автомобилей грузоподъемность складывается из установленного номинального веса полезной нагрузки, веса водителя и пассажиров в кабине.
Для пользования приведенной формулой нужно наметить собственный вес автомобиля, выбрав его в соответствии с заданной грузоподъемностью. Зависимость между ними характеризуется отношением 
, которое называется коэффициентом грузоподъемности автомобиля. Величина коэффициента грузоподъемности оказывает существенное влияние на динамические и экономические показатели автомобиля: чем она больше, тем эти показатели лучше. Поэтому при проектировании автомобиля нужно стремиться к повышению коэффициента грузоподъемности, насколько это технически возможно и экономически целесообразно. Величина коэффициента грузоподъемности зависит от типа и конструктивных особенностей автомобиля. У современных грузовых автомобилей типа 4 2 общего назначения 
. У специальных типов автомобилей высокой проходимости коэффициент грузоподъемности ниже, чем у автомобилей общего назначения, 
.
|
|
|
В формулу (1) входит сопротивление воздуха, определяемое по формуле
, кгс, (2)
где 
– коэффициент обтекаемости; 
– площадь лобовой поверхности, 
, м2.
На рисунке 1 изображен в графической форме мощностной баланс автомобиля при установившемся движении на высшей передаче.
На графике нанесены две кривые: кривая мощности 
,развиваемой двигателем при полной подаче топлива, представленная в функции от скорости автомобиля на высшей передаче, и кривая мощности 
, требуемой от двигателя для преодоления сопротивлений движению автомобиля при работе с разными скоростями в принятых для расчета дорожных условиях. Точке пересечения этих кривых соответствует на оси абсцисс максимальная скорость автомобиля .
Рис. 1. Мощностной баланс автомобиля при движении на высшей передаче
Точка может занимать на характеристике двигателя разные положения. На приведенном графике она расположена правее точки максимальной мощности 
. Такое расположение точки применяется главным образом у автомобилей с невысокой удельной мощностью; оно позволяет иметь наибольшие запасы мощности при движении автомобиля на средних скоростях.
|
|
|
У грузовых автомобилей, двигатели которых снабжены ограничителями максимальной частоты вращения, точка располагается на характеристике двигателя левее точки и должна совпадать с точкой, отсекаемой ограничителем. Максимальная скорость автомобиля соответствует частоте вращения, при которой срабатывает ограничитель, а фактически используемая максимальная мощность двигателя 
меньше максимальной мощности двигателя на внешней скоростной характеристике.
Помимо необходимой максимальной мощности, от двигателя автомобиля требуется еще достаточная способность к преодолению перегрузок. Чтобы всякие временные возрастания сопротивлений движению не требовали переключений передач, максимальный динамический фактор, развиваемый автомобилем на той или иной передаче, должен быть больше динамического фактора автомобиля при максимальной скорости движения на той же передаче. Наибольшего значения динамический фактор достигает при работе двигателя на максимальном крутящем моменте, когда касательная сила тяги автомобиля имеет наибольшее значение, а сопротивление воздуха является минимальным. Поэтому при выборе двигателя для автомобиля необходимо предусматривать, чтобы он имел достаточный запас приспособляемости по моменту.
При тяговом расчете автомобиля определяется максимальная величина динамического фактора на первой передаче 
. Она выбирается исходя из сцепных возможностей автомобиля и обеспечивается подводом к ведущим колесам соответствующего по величине крутящего момента. Чтобы полностью использовать сцепные качества автомобиля, максимальный динамический фактор должен быть равен динамическому фактору по сцеплению 
.
, (3)
где 
– касательная сила тяги, макисмально возможная по сцеплению колес с дорогой; 
– полный вес автомобиля, 
.
Для автомобилей с задними ведущими колесами формула (3) примет вид:
.
Пренебрегая сопротивлением воздуха, которое при движении на малых скоростях незначительно, получаем – для полноприводного автомобиля:
; (4)
для автомобилей с задними ведущими колесами:
. (5)
Входящие в это уравнение коэффициент сцепления 
и коэффициент нагрузки задних колес 
берутся при расчете: 
, а 
, где 
– величина коэффициента нагрузки задних колес при неподвижном положении автомобиля на горизонтальной площадке; множитель (1,1 
1,3) учитывает перераспределение нагрузок между передними и задними колесами автомобиля при движении.
У грузовых автомобилей типа 4 2 значения находятся в пределах 0,32–0,5.
Следующей задачей тягового расчета является выбор передач автомобиля. Сначала определяем передаточное число 
главной передачи. Если максимальную скорость автомобиль должен развивать на прямой передаче, то
, (6)
где 
– радиус колеса, м; 
– частота вращения двигателя при максимальной скорости, об/мин.
Входящая в эту формулу частота вращения двигателя ,соответствующая максимальной скорости, берется по характеристике двигателя. Размеры колес и их радиус условно принимают величиной постоянной, равной статическому радиусу колес.
Определяем далее передаточное число 
первой ступени коробки передач. Исходя из условия получения заданной максимальной величины динамического фактора автомобиля, имеем следующую зависимость:
, (7)
где 
– максимальный крутящий момент двигателя, кгс-м. Отсюда
. (8)
Чтобы определить передаточные числа коробки на остальных ступенях, нужно прежде всего выбрать число ступеней. Для грузовых автомобилей можно считать, что число ступеней коробки передач должно быть не менее пяти.
Структуру ряда передач выбирают, исходя из задачи обеспечить наибольшую интенсивность разгона. Для этой цели передаточные числа трансмиссии должны быть подобраны таким образом, чтобы разгон на каждой передаче начинался при одних и тех же частотах вращения двигателя 
и заканчивался при одних и тех же частотах 
. Соблюдение указанного условия дает возможность использовать для разгона на всех передачах одну и ту же среднюю мощность двигателя. С другой стороны, для плавного перехода с одной передачи на другую необходимо, чтобы скорость, с которой начинается разгон на данной передаче, была равна скорости в конце разгона на предыдущей передаче.
Из приведенного равенства следует, что передаточные числа трансмиссии должны удовлетворять условию:
.
где – частота вращения двигателя, с которой начинается разгон на передаче номер 
,об/мин; – частота вращения двигателя в конце разгона на предыдущей 
-й передаче, об/мин.
Учитывая принятую предпосылку, что на всех передачах диапазон частот вращения 
должен быть одинаковым, переписываем предыдущее соотношение в следующем виде:
,
что предполагает построение ряда передач по принципу геометрической прогрессии. Знаменатель 
прогрессии определяем по формуле:
,
где 
– число ступеней в коробке передач; 
– передаточные числа коробки соответственно на первой и высшей передачах. В частном случае, когда высшая передача является прямой:
. (9)
Протекание процесса разгона автомобиля при применении геометрического ряда передач иллюстрируется графиком, приведенным на рисунке 2.
Рис. 2. График движения автомобиля при разгоне в случае применения геометрического ряда передач.
График представляет собой скоростную характеристику автомобильного двигателя, на которой, помимо кривой 
построен ряд лучей, изображающих зависимость скорости автомобиля 
от частоты вращения двигателя при движении на разных передачах. Номера передач указаны римскими цифрами, поставленными у лучей. Точки пересечения каждой пары смежных лучей с вертикалями, соответствующими для предыдущей передачи частоте вращения двигателя , а для последующей передачи – частоте вращения двигателя , лежат на прямых, параллельных оси абсцисс, так как в точках перехода с одной передачи на другую скорости автомобиля должны быть одинаковыми. Участки лучей, на которых происходит движение автомобиля при разгоне, выделены жирными линиями. Сначала автомобиль движется на первой передаче, в точке а он переходит на вторую передачу, в точке б – на третью и т. д. В действительности, при переключении передач движение какое-то время происходит по инерции, в результате чего скорость автомобиля снижается. Чем выше скорость, тем интенсивнее происходит ее снижение. Поэтому при окончательной корректировке передаточных чисел рекомендуется несколько отступать от закона геометрической прогрессии и уменьшать соотношения между передаточными числами по мере перехода к высшим передачам, чтобы
.
На автомобилях высокой проходимости в большинстве случаев устанавливаются дополнительные понижающие редукторы, так называемые демультипликаторы или ходоуменьшители. Они применяются в тяжелых дорожных условиях для повышения динамического фактора автомобиля или для получения в необходимых случаях особо низких скоростей движения. Передаточное число понижающего редуктора выбирается с таким расчетом, чтобы оно обеспечивало с некоторым запасом возможность полного использования сцепного веса автомобиля при включенном переднем ведущем мосте.
Методические указания
1. Определить собственный вес автомобиля:
;
2. Определить требуемую мощность двигателя автомобиля по формуле (1);
3. Определить силу сопротивления воздуха по формуле (2);
4. Определить передаточное число главной передачи по формуле (6);
5. Определить максимальный динамический фактор 
по условиям сцепления ведущих колес с дорогой на первой передаче по формуле (4), (5);
6. Определить максимальный крутящий момент двигателя по формуле:
кгс-м;
7. Определить передаточное число коробки на первой передаче по формуле (8);
8. Предварительно подбираем передаточные числа трансмиссии по принципу геометрической прогрессии. Знаменатель прогрессии определяем по формуле (9);
9. Рассчитываем передаточные числа коробки передач на всех передачах, используя выражения
, 
, 
, ……, 
.
Передаточное число коробки передач на прямой передаче (девятой у дизельного ДВС, и пятой у карбюраторного) равно 1.
Полученные значения передаточных чисел коробки передач внести в таблицу 2.
Таблица 2
| Номер передачи | 9 | 8 | 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 |
| Передаточное число коробки | 1 | ||||||||
Передаточное число трансмиссии, 
|
Окончательная корректировка передаточных чисел должна быть проведена при подборе чисел зубьев шестерен трансмиссии.
Практическое занятие №2
ТЯГОВО-ДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ АВТОМОБИЛЯ
ЗАДАНИЕ
1. Изучить методику построения универсальной динамической характеристики грузового автомобиля;
2. Построить универсальную динамическую характеристику грузового автомобиля в соответствии с заданием (таблица 1);
3. определить в соответствии с заданием (таблица 1):
– на каких передачах сможет автомобиль двигаться в заданных дорожных условиях;
– максимальные скорости движения, развиваемые автомобилем.
Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 1820; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!