Методические указания. Ниже приводятся пример расчётов параметров характеристик двигателя автомобиля ЗИЛ-431410

Внешняя скоростная характеристика представляют собою график изменения эффективной мощности N_е двигателя и эффективного крутящего момента М_е от угловой скорости вращения ω_e коленчатого вала.

Для построения графика внешней скоростной характеристики N_е= f(ω_е) вычисляем ряд значений N_е в интервале от ω_min до ω_max с определенным шагом ω_e по эмпирической формуле:

= 30,5 кВт,

где - для карбюраторных двигателей а_n= b_n= c_n = 1;

-для 4-хтактных дизельных двигателей а_n = 0,53; b_n = 1,56; с_n = 1,09:

- для 2-хтактных a_n =0,87; b_n =1,13; с_n =1.

Соотношение основных параметров двигателя (N_е, М_е и ω_е) определяется по формуле:

.

Для минимальной угловой скорости вращения коленвала М_е равен:

кНм.

Результаты расчётов N_e, M_e= f (ω_e) занести в таблицу 3.

Таблица 3 - Расчетные параметры внешней скоростной характеристики двигателя

По заданию преподавателя, используя приведенные выше формулы, рассчитать и построить частичную скоростную характеристику двигателя, в зависимости от % открытия дроссельной заслонки или положения рейки топливного насоса.

При анализе графиков указать, как согласуются полученные расчетные значения параметров N_e и M_e с исходными данными двигателя. Если есть отличия, то указать их причины.

В заключении отчета привести цифровые данные и показать характерные точки на кривых изменения мощности и крутящего момента.

Контрольные вопросы

1 Что такое "внешняя" скоростная характеристика двигателя?

2 Что такое "частичная" скоростная характеристика двигателя?

3 Какие скоростные характеристики двигателя Вы знаете?

4 Как выглядит внешняя скоростная характеристика двигателя по мощности?

5 Как выглядит внешняя скоростная характеристика двигателя по крутящему моменту?

6 Что такое тормозная характеристика двигателя?

7 Чем отличается внешняя скоростная характеристика от частичных?

8 Какими методами можно получить скоростные характеристики двигателя?

9 Чем отличается внешняя характеристика по изменению мощности дизельного двигателя от аналогичной характеристики карбюраторного?

10 Какая характерная точка скоростной характеристики двигателя имеет обозначение ω_N?

11 Какая характерная точка скоростной характеристики двигателя имеет обозначение ω_M?

12 Как расположены на оси ω_e точки ω_N и ω_M?

13 Напишите эмпирическую формулу для построения мощностной внешней скоростной характеристики.

14 Что означают термины «эффективная» мощность и «эффективный» крутящий момент?

15 Какой формулой пользуются при построении внешней характеристики по крутящему моменту?

16 Почему n_N и n_M, полученные при построении графиков, могут отличаться от данных справочника /1/?

2 Тяговая характеристика автомобиля

Цель занятия: получить навыки расчёта и построения тяговой характеристики автомобиля.

Содержание занятия

1 По лекциям, литературе и МУ самостоятельно проработать раздел теории автомобиля по теме занятия. При домашней подготовке из справочной литературы /1,2/ выписать исходные данные, необходимые для расчетов. По МУ ознакомиться с примерами расчётов для построения тяговой характеристики автомобиля и подготовить таблицы.

2 Во время аудиторного занятия выполнить все расчёты в соответствии с информацией МУ. Результаты расчётов записать в подготовленные таблицы.

3 Построить график тяговой характеристики для всех передач КП автомобиля.

4 Оформить отчёт с кратким изложением порядка расчётов параметров тяговой характеристики и примерами вычислений по формулам.

Методические указания

Для примера вычислений выбран автомобиль ЗИЛ-431410 (другие варианты заданий выдает преподаватель).

Исходные данные по трансмиссии автомобиля и его ведущих колес записать из справочника /2/:

-передаточное число i_к коробки передач (КП) на 1-й передаче – 7,44;

на 2-й передаче – 4,1; на 3-й передаче – 2,29; на 4-й передаче – 1,47; и на 5-й

передаче – 1,0;

-раздаточной коробки (РК) i_рк = 1 (в конструкции автомобиля РК не имеется);

-главной передачи (ГП) i_о = 6,32;

-радиус колеса силовой (динамический) r_д =0,476 м.

-радиус качения (кинематический) колеса r_к, м. (При расчетах скорости V

принять r_к = r_д).

Рассчитать передаточное число трансмиссии i_тр по формуле:

i_тр= =i_к i_рк i_о.

К ведущим колесам автомобиля мощность двигателя передается через трансмиссию. За счет сил и моментов трения часть передаваемой энергии теряется в механизмах и рассеивается в окружающую среду. Эти потери учитывается коэффициентом полезного действия (КПД) η_тр трансмиссии. Для расчетов принять η_тр = 0,85 /1/.

Исходные данные записать в таблицу 4.

Таблица 4 – Исходные данные по автомобилю ЗИЛ-434110

Ниже приведен пример вычислений параметров тяговой характеристики автомобиля ЗИЛ-431410 на 1-й передачи КП.

Угловая скорость вращения колеса ω_к равна:

ω_к = c^-1,

Линейная скорость центра оси колеса(скорость автомобиля) V, м/с:

м/с.

Рассчитать скорость автомобиля V_а в км/ч:

V_а = 3,6 V = 3,6 · 0,8 = 2,88 км/ч

Крутящий момент М_к на ведущих колесах с учётом потерь в трансмиссии равен:

кНм,

Рассчитать тяговую силу на ведущих колесах по формуле:

= 32,6 кН.

Для построения тяговой характеристики использовать функциональную зависимость Р_к= f (V) и Р_к= f (V_а).

Для удобства анализа кривых изменения параметров Р_к= f (V) и Р_к= f (V_а) ось абсцисс на графике выполнить в двух масштабах – V ,м/с и V_а, км/ч, так как спидометры автомобилей тарируются в км/ч.

Для построения тяговой характеристики данные по М_е и ω_е взять из таблицы 1, (ПЗ №1).

Все точки для построения кривых рассчитать по изложенным выше формулам.

Результаты расчёта для автомобиля ЗИЛ-434110 на всех передачах КП приведены в таблице 5.

Таблица 5 – Расчет тяговой характеристики автомобиля ЗИЛ-434110

Обо- значение	Единица измерения	Результаты расчёта тяговой характеристики Расчёт скорости V и тяговой силы Pк
Первая передача
ωк	С-1	1,67	2,23	3,34	4,45	5,57	6,68	7,13
V	м/с	0,80						3,39
Мк	кН м	15,516						13,156
Рк	кН	32,60						27,64
Вторая передача
ωк	С-1	3,03						12,93
V	м/с	1,44						6,16
Мк	Н м	8,551						7,25
Рк	кН	17,96						15,23
Третья передача
ωк	С-1	5,43						23,15
V	м/с	2,58						11,02
Мк	Н м	4,776						4,049
Рк	кН	10,03						8,51
Четвёртая передача
ωк	С-1	8,45						36,07
V	м/с	4,02						17,17
Мк	Н м	3,066						2,599
Рк	кН	6,44						5,46
Пятая передача
ωк	С-1	12,43						53,02
V	м/с	5,92						25,24
Мк	Н м	2,086						1,768
Рк	кН	4,38						3,71

Контрольные вопросы

1 Как определяется тяговая сила на ведущих колёсах автомобиля?

2 Объясните различие в терминах «статический», «динамический» силовой радиусы и «радиус качения (кинематический)» колеса?

3 Дайте определение понятию КПД трансмиссии.

4 Объяснить сущность механических и гидравлических потерь крутящего момента в трансмиссии.

5 Что такое тяговая характеристика автомобиля?

6 Как строится тяговая характеристика автомобиля?

7 Как определяется шкала линейной скорости при построении тяговых характеристик для передаточного числа КП i_к 1, и почему необходимо строить шкалу скорости в двух масштабах?

8 Как учитывается передаточное число i_тр при расчёте тяговых сил на колесе?

9 Как связаны между собой n_e, ω_e и V?

10 Как определяется V_max на каждой передаче?

3 Силовой и мощностной балансы автомобиля

Цель занятия: получить навыки расчёта и построения силового и мощностного балансов автомобиля.

Содержание занятия

1 По лекциям, литературе /1/ и МУ самостоятельно проработать раздел теории автомобиля по теме занятия. По справочной литературе выбрать и записать в отчет необходимые исходные данные.

При домашней подготовке по методической информации МУ ознакомиться с порядком расчёта тяговой силы на ведущих колесах и составляющих сил сопротивления движению с целью построения кривых на графике силового баланса. Подготовить таблицы для записи расчетных данных.

2 Во время занятия выполнить количественные расчёты показателей силового баланса, результаты расчётов записать в подготовленную таблицу. Суммарную силу сопротивления дороги Р_ψ рассчитать с учётом заданного угла α (или %) продольного профиля i.

Построить график силового баланса. Кривые тяговых сил Р_к, кривые силы Р_w и сумму сил Р_i + Р_f на поле графика нанести в одном масштабе.

3 По методической информации ознакомиться с порядком расчёта мощностей, потребных для преодоления различных видов сопротивлений движению и с методикой построения кривых на графике мощностного баланса.

По расчётным данным в одном масштабе построить кривые изменения мощностей

N_е, N_к , N_w и суммы мощностей N_i +N_f в зависимости от скорости движения на всех передачах в КП.

4 Определить по силовому и мощностному балансам максимально возможные скорости движения автомобиля в заданных дорожных условиях и сравнить их между собою.

5 В отчёте кратко изложить порядок расчёта с примерами вычислений параметров мощностного и силового балансов, проанализировать графики, сделать выводы.

Методические указания

Расчет провести для автомобиля ЗИЛ-431410 (другие варианты для расчетов выдает преподаватель).

Исходные данные:

Габариты автомобиля: высота Н = 2,55 м, колея В = 1,8 м;

Полная масса автомобиля m_а = 10,525 т;

Коэффициент обтекаемости К_w = 0,7 H /м⁴;

Коэффициент сопротивления качению f₀ = 0,018 для асфальтобетонной дороги в

удовлетворительном состоянии;

Уклон дороги i (или угол продольного профиля α) i = 0,87%; α = 0,5^о.

Силовой баланс автомобиля:

Согласно уравнению силового баланса имеем:

Р_к= Р_f ± Р_i + Р_w + Р_j,

где Р_к – тяговая сила, кН;

Р_f – сила сопротивления качению колёс автомобиля, кН;

Р_i ^_ сила сопротивления подъёму (уклону), кН;

Р_w – сила сопротивления воздуха, кН;

Р_j – сила инерции, кН;

В этом уравнении силу Р_f и силу Р_i можно объединить в одну силу – суммарную силу сопротивления дороги Р_Ψ = Р_f + Р_i, отсюда:

Р_к = Р_Ψ + Р_w + Р_j.

Расчёт и построение кривых изменения сил Р_к от скорости движения автомобиля на всех передачах КП выполняются в ПЗ №2.

Сила сопротивлению подъёму:

Р_i = m_а ·g·sin α.

Расчёт выполнить для полной массы автомобиля.

Пример: Р_Ψ = (f cos α + sin α) m_а ·g = (0,01 cos0,5 + sin0,5) ·10,525·9,81 = 1,97 кН,

где f – коэффициент сопротивления качению,

g = 9,81м/с²; α = arctg i_y = arctg 0,0087 = 0,5⁰.

Коэффициент сопротивления качению рассчитать по формуле, пример:

,

где f₀ – коэффициент сопротивления качения при малых скоростях (за f₀ принять среднее значение в интервале 0,014 – 0,018 /2/).

При скоростях движения автомобиля V 10 – 15 м/с принять f = f₀.

Лобовую площадь грузового автомобиля F_в можно определить по формуле, пример:

F_w = Н·В = 2,4·1,8 = 4,68 ·м².

где Н – наибольшая высота грузового автомобиля, и;

В - ширина колеи грузового автомобиля, м.

Для легковых автомобилей:

F_w =0,78 Н·В_а,

где В_а - наибольшая ширина легкового автомобиля.

Сила сопротивления воздуха, пример:

Р_w = (К_w · F_w · V²)10^-3 = (0,7 · 4,68 · 0,8²)10^-3 = 0,0021 кН,

где К_w – коэффициент обтекаемости, Нс²/м⁴, выбирается из справочника (с. 63, /2/ или из табл.6).

Таблица 6 - Параметры обтекаемости автомобиля

Сила инерции автомобиля:

Р_j = j ,

где j – ускорение автомобиля, м/ с²;

δ_вр – коэффициент, учитывающий инерцию вращающихся масс автомобиля.

В данной работе при построении силового баланса сила инерции Р_j не вычисляется, а находится графически из силового баланса.

Мощностной баланс автомобиля

N_к = N_Ψ + N_w + N_j

где N_к - тяговая мощность автомобиля (мощность, подводимая к ведущим колеcам):

N_к =N_e · η_тр,

η_тр – КПД трансмиссии;

N_Ψ – мощность, на преодоление сил сопротивления дороги, кВт:

N_Ψ = (f G cos α + G sin α) · V = Р_Ψ · V;

N_w – мощность, на преодоление сил сопротивления воздуха, кВт;

N_w = (К_w · F_w · V³)10^-3 = Р_w · V;

N_j – мощность, на преодоление сил инерции автомобиля, кВт,

N_j = j m_а = Р_j ·V

Таблица 7 – Исходные справочные данные

Алгоритм расчёта мощностей

(пример для одного значения скорости V = 0,8 м/с):

N_к = N_e · η_тр = кВт,

N_д = Р_д V= кВт,

N _w = Р_w · V= кВт,

Таблица 8 – Расчет тяговых и мощностных параметров автомобиля

Таблица 9 – Расчет сил сопротивления движению автомобиля и мощностей, потребных

для их преодоления

В данной работе при построении силового и мощностного балансов сила инерции Р _и и мощность N_и не вычисляются, а находятся графически. Остальные данные берутся из предыдущих работ. Результаты вычислений для всех значений V представлены в таблице 5.

На графике силового и мощностного балансов в отчёте отметить величину максимальной скорости V_max и объяснить, какими факторами она ограничивается.

Для некоторых значений скоростей автомобиля V<V_max определить величину запаса тяговой силы (а также и тяговой мощности).

Объяснить, на какие эксплуатационные цели запас силы тяги (или мощности) может использоваться.