Название: Расчет динамических и топливно-экономических характеристик автомобиля - (Безбородов И. А.)

Жанр: Технические

Просмотров: 974


2.3.расчет динамической характеристики автомобиля

 

На основе динамической характеристики строят динамический паспорт автомобиля, который включает в себя три согласованные по масштабу графика: 1) динамического фактора; 2) номограммы Яковлева; 3) номограммы перегрузок.

Разность тяговой силы и силы сопротивления воздуха – свободная сила тяги, которая может быть использована для преодоления сил сопротивления дороги и разгона автомобиля. Отношение свободной силы тяги к полному весу автомобиля называется динамическим фактором:

            ( 9)

где Da – динамический фактор полностью загруженного автомобиля;

 

FT – сила тяги на ведущих колесах, Н;

Fb – сила сопротивления воздуха, Н;

Ga – полный вес автомобиля, Н.

Силу тяги на ведущих колесах автомобиля определяют по формуле

 

            ( 10)

где iTP – передаточное число трансмиссии, iTP = iK·i0;

iK, i0 – передаточные числа коробки передач и главной передачи соответственно;

hTP – коэффициент полезного действия трансмиссии (для проектных расчетов рекомендуются следующие значения КПД трансмиссии: автомобили с колесной формулой 4x2 hTP = 0.9…0.92; автомобили с колесной формулой 4x4 TP =0.88; автомобили с колесной формулой 6x4 TP =0.84…0.87; автомобили с колесной формулой 6x6 TP =0.80…0.83);

При определении силы сопротивления воздуха обычно используют не коэффициент лобового сопротивления Сх, который определяется в основном формой автомобиля, а коэффициент сопротивления воздуха Кв, которым учитываются и другие сопротивления, не зависящие непосредственно от формы автомобиля. Приближенно можно считать, что Кв = Схrвb/2 (где b - коэффициент, учитывающий дополнительные сопротивления; rв – плотность воздуха. В расчетах можно принять rв = 1.225 кг/м3 при t = 15ºC и ратм = 760 мм. рт. ст.). Тогда выражение для определения силы сопротивления воздуха будет иметь следующий вид:

          ( 11)

где Va – скорость движения автомобиля, м/с;

F – площадь лобового сопротивления автомобиля. Определяется по формуле

                 ( 12)

где  – коэффициент заполнения площади; для легковых автомобилей  = 0.78…0.80; для грузовых автомобилей и автобусов  = 0.85…0.90 (большие значения принимаются для более тяжелых автомобилей);

B0, H0 – наибольшая ширина и высота автомобиля соответственно, м.

Значения параметров Кв и Сх представлены в таблице П.1.3

Скорость движения автомобиля на различных передачах КПП определяется по формуле

.                 ( 13)

Графическую зависимость динамического фактора от изменения скорости движения автомобиля на всех передачах называют динамической характеристикой.

Расчет параметров динамической характеристики необходимо представить в табличной форме.

Пример расчета динамической характеристики для варианта №01 представлен в таблице 2.2.

 

Таблица 2.2. Расчетные значения параметров динамической характеристики автомобиля РАФ-2203 (Латвия)

e, рад/с

90

180

270

360

450

540

Me, НМ

180.8

193.4

193.4

180.9

156.0

118.5

iTPI = 3.5·4.1 = 14.35

Va, м/с

2.2

4.4

6.5

8.7

10.9

13.1

FT, H

6803.8

7278.0

7278.0

6807.0

5870.6

4459.3

Fв, Н

5.6

22.7

51.2

91.1

142.4

204.9

Da

0.272

0.291

0.289

0.269

0.229

0.170

iTPII = 2.26·4.1 = 9.266

Va, м/с

3.4

6.7

10.1

13.5

16.8

20.2

FT, H

4393.4

4699.4

4699.4

4395.7

3790.6

2879.4

Fв, Н

13.6

54.7

123.0

218.7

341.8

492.2

Da

0.175

0.186

0.183

0.176

0.138

0.096

iTPIII = 1.45·4.1 = 5.945

Va, м/с

5.2

10.5

15.8

21.0

26.3

31.5

FT, H

2818.8

3015.1

3015.1

2820.2

2432.0

1847.4

Fв, Н

33.2

132.7

298.9

530.1

830.3

1195.4

Da

0.111

0.115

0.109

0.092

0.064

0.026

iTPIV = 1.0·4.1 = 4.1

Va, м/с

7.6

15.2

22.8

33.0

41.0

45.7

FT, H

1943.9

2079.4

2079.4

1945.0

1677.3

1274.1

Fв, Н

69.8

278.1

628.5

1116.4

1744.4

2512.0

Da

0.075

0.072

0.058

0.033

-0.0026

-0.049

 

При составлении таблицы 2.2 значения параметров wе и Ne необходимо взять из таблицы 2.1 внешней скоростной характеристики двигателя,

а значения параметров Va, FT, Fв определяют для всех передаточных чисел КПП. В соответствии с рисунком 2.3 динамическую характеристику автомобиля строят для условий полной загрузки. При эксплуатации автомобиль может быть загружен частично или работать в составе автопоезда. В этом случае значения динамического фактора будут меняться, а, следовательно, будет меняться и способность преодолевать дорожные сопротивления, и способность разгоняться. При этом значении динамического фактора определяются с помощью номограммы Яковлева (для частичной загрузки автомобиля) или номограммы перегрузок (для автопоезда).

 

 

 

В соответствии с рисунком 2.2 для построения номограммы Яковлева ось абсцисс динамической характеристики продолжают влево и на этом продолжении в произвольном масштабе откладывают степень загрузки автомобиля

В процентах от нулевой загрузки до 100\%. Через  нулевую точку шкалы загрузок проводят прямую, параллельную оси, на которую наносят значения измененного динамического фактора D0, определяемого по формуле

 

           ( 14)

 

где G0 – вес автомобиля с нулевой загрузкой (собственный вес),

 

Масштаб  для шкалы D0 определяется из соотношения

, ед./мм

где a – масштаб для шкалы Dа, ед/мм.

Масштаб a выбирается произвольно, исходя из условия рационального расположения кривых на графике Dai = f(Va).

Для построения номограммы перегрузок ось абсцисс динамической характеристики продолжают вправо и на продолжении в произвольном масштабе откладывают степень загрузки автомобиля в процентах от 100\% до 200\%, т.е. когда вес автопоезда в два раза превышает вес полностью загруженного автомобиля (Gап = 2Gа). Через точку, соответствующую стопроцентной загрузке автомобиля, проводят перпендикуляр, на котором повторяют шкалу Dа в том же масштабе a. Через точку, соответствующую загрузке, проводят перпендикуляр и откладывают на нем значения динамического фактора Dап, который определяют по формуле

          ( 15)

где Gап – вес автопоезда, равный 2Ga, Н.

Масштаб ап для шкалы Dап определяют из следующего соотношения:

, ед/мм

После этих построений соединяют лучами одинаковые значения динамического фактора на осях D0 и Dа, Dа и Dап, а на осях сопротивления  откладывают значения коэффициента суммарного дорожного (в том же масштабе, что и динамический фактор Dа).

Коэффициент суммарного дорожного сопротивления можно определить по формуле

          ( 16)

где fK – коэффициент сопротивления качению колеса;

 - угол подъема, град.

В выражении (16) знак “+” соответствует движению автомобиля в гору, а знак « - « – под гору.

В дорожной документации уклон обычно выражают в тысячных (промилле, ‰). При расчетах движения автомобиля уклон обозначают буквой i и задают в тысячных, сотых (процентах) или непосредственно значением тангенса угла наклона. Например, уклон одной и той же крутизны может быть обозначен: i = 30‰, i = 3\%, i = 0.03. Поскольку обычно уклоны невелики, то принимают sin  ≈ i = 0.03.

Пример: автомобиль движется по дороге, которая характеризуется коэффициентом суммарного дорожного сопротивления  = 0.1. Необходимо определить, на какой передаче, и с какой максимальной скоростью сможет двигаться автомобиль, если он загружен: а) на 100\%; б) на 50\%; в) на 150\%.

Для решения первой задачи, т.е. при загрузке автомобиля на 100\%, на шкале Dа откладываем значение  = 0.1. Затем через полученную точку проводим линию, параллельную оси абсцисс, до пересечения с кривой графика Dа = f(Va) и из точки пересечения опускаем перпендикуляр на ось абсцисс. Поскольку на этой нанесена шкала скорости движения автомобиля, то можно определить и значение скорости Va. Делаем вывод, что, автомобиль может двигаться на 1-ой, 2-ой и 3-й передачах, так как условие движения автомобиля обуславливается выражением Da ≥ . Причем на 3-й передаче автомобиль может двигаться до тех пор, пока значение динамического фактора Da не станет равным  = 0.1 (точка а). Максимальная скорость движения автомобиля соответствует скорости Va’.

Теперь посмотрим, как изменяются тягово-скоростные свойства автомобиля, если он загружен на 50\%. Для этого воспользуемся номограммой Яковлева. На оси нагрузок находим точку, соответствующую 50\%. Из этой точки проводим перпендикуляр до пересечения с лучом y(точка вI). Из точки вI проводим линию параллельно оси Va до пересечения с кривой Da = f(Va) (точка вII). Следовательно, если автомобиль загружен только наполовину, он может двигаться, как и в первом случае, на 1-ой, 2-ой и 3-й передачах. Если из точки вII опустить перпендикуляр на ось Va, то видно, что максимальная скорость изменится от значения Va’ до Va’’, т.е. автомобиль будет двигаться с большей скоростью (Va’’>Va’).

При использовании номограммы перегрузок рассуждают также, как и при решении задачи с помощью номограммы Яковлева.

Приемистость автомобиля

Под приемистостью автомобиля понимают его способность быстро

 

 

увеличивать скорость движения. Оценочными показателями являются: максимально возможное ускорение; время разгона; путь разгона. Оценку приемистости автомобиля при движении в заданных дорожных условиях наиболее удобно вычислять, используя динамическую характеристику

по формуле:

          ( 17)

где g – ускорение свободного падения, м/с2;

вр – коэффициент учета вращающихся масс.

Коэффициент учета вращающихся масс можно рассчитать по формуле

вр = 1,04 + 0,05i2iрк,

где iк, iрк – передаточные числа коробки передач и раздаточной коробки соответственно.

Расчеты по формуле (17) производят в табличной форме и в соответствии с рисунком 2.3 строят график зависимости ускорений автомобиля на всех передачах при заданных дорожных условиях.

2.4.1. Пример расчета графиков ускорений автомобиля РАФ-2203

Для расчета ускорений автомобиля строим табличную форму, в которую заносим данные расчета скорости и динамического фактора автомобиля РАФ, приведенные в таблице 2.2. Затем, используя эти данные, по формуле (17) находим значения ускорений автомобиля.

Таблица 2.3 Расчет графика ускорений автомобиля РАФ-2203 на всех передачах КПП

Параметры

Значения параметров

I передача

вр = 1,652

D

0,272

0,291

0,289

0,269

0,229

0,17

Va, м/с

2,2

4,4

6,5

8,7

10,9

13,1

ja, м/с

1,35

1,461

1,45

1,33

1,093

0,74

II передача

вр = 1,295

D

0,175

0,186

0,183

0,167

0,138

0,096

Va, м/с

3,4

6,7

10,1

13,5

16,8

20,2

ja, м/с

0,985

1,068

1,045

0,924

0,704

0,386

III передача

вр = 1,145

D

0,111

0,115

0,109

0,092

0,064

 

Va, м/с

5,2

10,5

15,8

21

26,3

 

ja, м/с

0,565

0,599

0,548

0,403

0,163

<\/a>") //-->