Расчет и построение графиков силовых и мощностных балансов для сравниваемых автомобилей

 

Уравнение силового баланса выглядит следующим образом:

,

где – тяговое усилие, кН

– сила сопротивления воздуха, кН;

– сила сопротивления дороги, кН;

– сила сопротивления разгону, кН.

,

где – крутящий момент;

 

– КПД трансмиссии (0,8 – 0,92)

(КПД главной передачи)

(КПД КПП)

(КПД карданной передачи, n – число карданный шарнир)

 

– передаточное число трансмиссии.

- динамический радиус колеса

На дорогах с твердым покрытием можно считать динамический радиус колеса примерно равным статическому радиусу колеса, который определяется по формуле:

где – посадочный диаметр обода колеса, м;

– коэффициент, учитывающий смятие шины под нагрузкой (принимается равным 0,86);

– высота профиля шины, мм.

 

 

Силу сопротивления воздуха можно рассчитать по следующей формуле:

,

где – скорость движения автомобиля, м/с, определяется по формуле:

,

-аэродинамический коэффициент (принимаем 0.56)

– лобовая площадь автомобиля, которая определяется по формуле:

,

– габаритная ширина автомобиля,

– габаритная высота автомобиля.

Силу сопротивления дороги для автомобиля можно рассчитать по формуле:

,

где – масса автомобиля, кг;

- суммарный коэффициент сопротивления дороги.(равен 0,075 по заданию)

 

Сила сопротивления разгону не рассчитывается, так как автомобиль двигается равномерно.

 

- коэф. вращающихся масс

 

 

Аналогично рассчитываем значения для остальных оборотов коленчатого вала и второго автомобиля. Полученные значения заносим в таблицу. По данным таблицы строим график силового баланса, по которому сравниваем автомобили.

 

Вывод:

 

 

 

Уравнение мощностного баланса,

 

N _т = N _д + N _в + N _и

Где N _т = P _т* V _a /1000=9267*1,4/1000=12,86 кВт – тяговая мощность,

N _д = P _д* V _а /1000=2058*1,4/1000=2,88 кВт

N _д – мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления дороги,

N _в = N _в* V _а /1000=2,46*1,4/1000=0,003 кВт

N _в – мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления воздуха,

N _и - мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления разгону, не рассчитываем ввиду равномерности движения.

График мощностного баланса представляет собой зависимость тяговой мощности полученной на колёсах от скорости движения автомобиля с учётом включённой передачи.

Аналогично рассчитываем значения для остальных оборотов коленчатого вала и второго автомобиля. Полученные значения заносим в таблицу. По данным таблицы строим график силового баланса Рис.6, по которому сравниваем автомобили

Вывод:

 

 

 

5. Расчет и построение динамических паспортов для автомобилей

 

Тяговая характеристика недостаточно удобна для сравнительной оценки тяговых свойств автомобиля и автопоезда, обладающих различной массой, т.е. при одинаковых значениях тяговой силы Pт они будут иметь на одной и той же дороге различные максимальные значения скоростей и ускорения, преодолевать неодинаковые предельные подъемы и т.д.

Более удобно пользоваться безразмерной величиной, представляющей собой отношение разницы тяговой силы и силы сопротивления воздуха к силе тяжести, действующий на автомобиль, – динамическим фактором – D, который определяется по формуле:

,

где – сила тяги автомобиля, Н;

– сила сопротивления воздуха, Н;

– масса автомобиля, кг.

 

Полученные значения (в дальнейшем – график) дополняем номограммой нагрузок и данными расчета динамического фактора по условиям буксования, используя следующие формулы:

 

Определение динамического фактора без нагрузки.

m_сн - сн. масса

m_a - полн. масса

 

Определение динамического фактора сцепления.

z₂ –вес воспринимаемый ведущими колесами

φ – коэффициент сцепления шин с дорогой. (φ=0,75 для категории дорог №1-асфальт)

 

Аналогично рассчитываем значения для остальных оборотов коленчатого вала и второго автомобиля. Полученные значения заносим в таблицу. По данным таблицы строим динамический паспорт автомобилей Рис., по которому сравниваем автомобили.

На графике выделяем область соответствующую условию движения автомобилей

Вывод:

 

 

6. Расчет и построение графиков ускорений, времени и пути разгона на различных передачах

Максимально возможные ускорение, время и путь разгона на передачах характеризуют приемистость автомобиля, т. е. его способность увеличивать скорость движения. Эти оценочные показатели являются наиболее удобными и наглядными и могут быть напрямую использованы для сравнительной оценки тягово-скоростных свойств различных автомобилей.

Для случая работы двигателя с полной подачей топлива ускорение может быть найдено из выражения

, м/с²

где D – динамический фактор;

- коэффициент сопротивления дороги;

g – ускорение свободного падения, 9,8 м/с²;

δ_вр- коэффициент вращающихся масс – коэффициент, учитывающий дополнительное сопротивление разгона а/м, связано с раскруткой его вращающихся деталей. Для расчёта к-та вращающихся δ_вр правомерна следующая зависимость:

δ_вр =1+ δ_вр1 * i ²_кп +δ_вр2=1+0,04*4,05²+0,03=1,68

где δ_вр1 = 0,04-0,06,

δ_вр2 =0,03-0,05,

i_кп – передаточное число КП при данной включённой передаче.

Аналогично рассчитываем значения для остальных оборотов коленчатого вала и второго автомобиля. Полученные значения заносим в таблицу. По данным таблицы строим график ускорения Рис., по которому сравниваем автомобили.

Вывод: Из графика видно, что максимальная скорость движения автомобиля ГАЗ с ускорением – 22,3 м/с (III передача), автомобиля Ford Transit – 23,3 м/с (III передача). Максимальное ускорение у автомобиля ГАЗ больше (0,45 м/с²), чем у автомобиля Ford Transit (0,27 м/с²). Максимально возможное ускорение – один из важнейших показателей приёмистости. В данном случае преимущество на автомобиля ГАЗ.

 

 

Для аналитического определения времени и пути разгона существует несколько графоаналитических методов. Наиболее простой и понятный метод заключается в следующем. На графике ускорений расчетный интервал скоростей разбивается на равные участки (при расчете и построении предыдущих зависимостей такая разбивка была уже выполнена за счет ступенчатого изменения частоты вращения коленчатого вала двигателя).

∆V₁ = V₁ – V₀= 2.8-1.4=1.4 м/c

Для каждого участка определяется среднее значение ускорения по формуле

где j1, и j2 - ускорение соответственно в начале и в конце участка.

Тогда время разгона на участке, если принять движение равноускоренным, может быть определено по формуле:

Полное время разгона на передаче будет:

 

 

Путь, проходимый автомобилем за время t, при равноускоренном движении на каждом участке определится из выражения

.

Полный путь разгона на передаче будет: Si = ΔS1 + ΔS2 +... + ΔSn=14.1 м.

 

На время переключения передачи происходит разрыв потока мощности от двигателя к ведущим колесам, поэтому скорость движения автомобиля в это время снижается. Величина падения скорости зависит от типа дороги, скорости движения автомобиля, времени переключения передачи, которое, в свою очередь, зависит от конструктивных параметров автомобиля (типа двигателя, коробки передач) и квалификации водителя.

Падение скорости за время переключения передачи может быть приблизительно определено по формуле:

где tп – время переключения передачи. Его принимаемым равным 2.5с.

 

Аналогично рассчитываем значения для остальных оборотов коленчатого вала и второго автомобиля. Полученные значения заносим в таблицу.

Определив время и путь разгона на передачах и учтя моменты перехода на другие передачи, а также падение скорости движения автомобиля при переключении передач, строим графические зависимости времени и пути разгона от скорости на всех передачах, на которых возможен разгон.

 

Вывод:

 

 

 

7. Определение по графикам времени и пути разгона на пути 400 и 1000 м время разгона и время и путь разгона до заданной скорости V=60 км/ч.

 

S, м	t, c
Авт 1	Авт 2
	46,7	47,8

 

Вывод: Приемистость автомобиля – способность быстро увеличивать скорость движения.

Оценочными параметрами являются: время разгона, путь разгона, максимально возможное ускорение.

 

8. Определение предельных углов подъема для автомобилей и проверка