Полный текст:
Введение
Тяговый расчет машины производится с целью определения ее тяговых свойств. Задачей тягового расчета является в определении конструктивных параметров автомобиля, обеспечивающих его заданные тяговые свойства
Для решения тягового расчета необходимо построение тяговой характеристики автомобиля. Тяговой характеристикой машины называется графическая зависимость удельной силы тяги Pg от скорости движения машины v на каждой передаче.
Задаваемыми параметрами обычно являются: тип автомобиля; грузоподъемность или максимальное число пассажиров; максимальная скорость движения vмакс, м/с по местности с заданными дорожными характеристиками (коэффициент дорожного сопротивления j и коэффициент сцепления колес с дорогой f). Кроме того, указывается тип двигателя автомобиля (бензиновый или дизельный).
Последовательность тягового расчета автомобиля состоит в следующей последовательности:
1. Выбор и описание прототипа автомобиля
2. Определение полной массы автомобиля.
3. выбор шин и определение радиуса ведущего колеса.
4. Подбор внешней характеристики двигателя.
5. Определение передаточного числа главной передачи.
6. Определение передаточных чисел коробки передач и дополнительной коробки.
7. Построение топливно-экономической характеристики автомобиля.
1. ТЯГОВЫЙ РАСЧЕТ АВТОМОБИЛЯ
1.1 Выбор и описание прототипа автомобиля.
По заданию имеем автомобиль типа седельный тягач, грузоподъемностью 12 000 кг с бензиновым двигателем.
По этим характеристикам выбираем автомобиль КАМАЗ-54115.
Весовые параметры и нагрузки, а/м
Снаряженная масса а/м, кг
7400
Снаряженная масса а/м, нагрузка на переднюю ось, кг
3780
Снаряженная масса а/м, нагрузка на заднюю тележку, кг
3620
Грузоподъемность а/м, кг
12000
Полная масса, кг
19550
Полная масса а/м, нагрузка на переднюю ось, кг
4580
Полная масса а/м, нагрузка на заднюю тележку, кг
14970
Полная масса автопоезда, кг
34400
Нагрузка на ССУ, кг
12000
Полная масса полуприцепа, кг
26850
Двигатель
Модель
740.51-240 (Евро-2)
Номинальная мощность, нетто, кВт(л.с.) / при частоте вращения коленчатого вала, об/мин
165 (225) / 2200
Номинальная мощность, брутто, кВт(л.с.) / при частоте вращения коленчатого вала, об/мин
176 (240) / 2200
Максимальный крутящий момент, нетто, Нм(кгсм) / при частоте вращения коленчатого вала, об/мин
912 (93) / 1100-1500
Расположение и число цилиндров
V-образное, 8
Рабочий объем, л
10,85
Диаметр цилиндра и ход поршня, мм
120/120
Степерь сжатия
16,5
Система питания
Вместимость топливного бака, л
350
Коробка передач
Тип
механическая, десятиступенчатая
Управление
механическое, дистанционное
Передаточные числа на передачах
1 -7,82 -6,38 / 2 -4,03 -3,29 / 3 -2,50 -2,04 / 4 -1,53 -1,25 / 5 -1,00 -0,815 / 3Х -7,38 -6,02
Колеса и шины
Тип колес
дисковые
Тип шин
пневматические, камерные
Размер обода
7.5-20 (190-508)
Размер шин
10.00 R20 (280 R508)
Общие характеристики
Максимальная скорость, не менее, км/ч
90
Угол преодол. подъема, не менее, %
18
Внешний габаритный радиус поворота, м
9
Электрооборудование
Напряжение, В
24
Аккумуляторы, В/Ачас
2х12/190
Генератор, В/Вт
28/2000
Сцепление
Тип
фрикционное, сухое, двухдисковое
Привод
гидравлический с пневмоусилителем
Главная передача
Передаточное отношение
5,43
Кабина
Тип
расположенная над двигателем, с высокой крышей
Исполнение
со спальным местом
Тормоза
Привод
пневматический
Диаметр барабана, мм
400
Ширина тормозных накладок, мм
140
Суммарная площадь тормозных накладок, кв.см
6300
1.2 Определение полной массы автомобиля
Полная масса автомобиля определяется по формуле:
Ga = G0 + 75n + GГ
где G0 – собственный вес снаряженного автомобиля, кг; n – число мест в кабине; GГ – максимальный вес перевозимого груза, кг.
Для определения полного веса седельного тягача необходимо учитывать заданный наибольший вес полуприцепа с грузом, а также собственный вес тягача.
В данном случае
G0 = 7400 кг
n = 4
GГ=19550 (полная масса а/м)+ 26850 (полная масса полуприцепа) = 46400 кг
Полная масса автомобиля определяется по формуле:
Ga = G0 + 75n + GГ = 7 400 кг + 75 кг * 4 + 46 400 кг = 54 100 кг
1.3 Выбор шин
Для выбора шин надо определить нагрузку, приходящуюся на одно колесо автомобиля. У грузовых автомобилей типа 4x2 на переднюю ось при полном использовании нагрузки приходится около 25-30% нагрузки. На задней оси этих автомобилей обычно монтируются четыре шины, каждая из которых испытывает большую весовую нагрузку, чем шина переднего колеса, поэтому выбор производится по весовой нагрузке приходящейся на одно заднее колесо. Передние и задние колеса каждого автомобиля по конструкции почти всегда одинаковы и взаимозаменяемы. Разница состоит лишь в давлении воздуха в шинах.
Нагрузка на одно колесо для седельных тягачей определяется по формуле:
где nк – число колес на задней оси (осях).
В данном случае получаем =4195
Подбираем тип и размеры автомобильных шин (из ГОСТ 4754–80 и ГОСТ 5513–86) , удовлетворяющих нагрузке, приходящейся на колесо:
- Тип – 260R508
- Рисунок протектора – Ун
- диаметр посадочного обода d0 = 1028 мм
- ширина профиля колеса b = 260
- давление в шинах в передних колесах руд = 0,73 МПа
- давление в шинах в задних колесах руд = 0,43 МПа
- высота профиля шины Н = 260
- максимально допустимая скорость V = 100 км/ч.
- коэффициент, учитывающий смятие шины под нагрузкой lсм = 0,8.
Для дальнейших расчетов необходимо знать величину расчетного радиуса колеса rс.
Rc = 0.5 * d + D * B * lсм = 0.5 * 1028 мм + 1 * 260 * 0,8 = 722 мм
Автомобильное колесо с эластичной шиной имеет четыре радиуса – номинальный (rном), статический (rст), динамический (rd) и кинематический (rк). Для движущегося автомобиля речь может идти только о двух радиусах – динамическом и кинематическом.
В расчётах можно принимать значения кинематического и динамического радиусов одинаковыми, полученными расчетом по эмпирической формуле
rк = rd =0,0127 * (Дш + 1,7 * Вш),
где размеры шин Дш и Вш подставляются в дюймах, а радиусы получаются в метрах.
Размеры шин (Дш, Вш и Dш) определяются из маркировки шин, которая приводится в справочной и специальной литературе.
В рассматриваемом случае получаем
rк = rd =0,0127 * (Дш + 1.7 * Вш) = 0,0127 * 14 + 1,7 * 0,70 * 0,205 = 0,24395 м.
При определении вертикальных реакций эквивалентного двухосного автомобиля можно считать, что при симметричной тележке силы веса, действующие на средний и задний мосты, равны. Следовательно, нагрузка на правое и левое задние колеса будет равна полусумме сил, действующих на оба моста.
1.4 Подбор внешней характеристики двигателя
Основной характеристикой автомобильного двигателя, определяющей его экономику и динамику, является скоростная (внешняя) характеристика. Эта характеристика представляет собой зависимость эффективной мощности Ne двигателя, часового GT и удельного ge расходов топлива от числа оборотов n.
Для определения эффективных значений момента и мощности в заданном диапазоне частоты вращения коленчатого вала ДВС можно воспользоваться либо реальной внешней скоростной характеристикой, полученной из справочной литературы, либо рассчитать её по формуле Лейдермана
где Nе – текущие значения эффективной мощности двигателя, кВт; nД – частота вращения коленчатого вала, мин–1; а, b, с – эмпирические коэффициенты. Обобщенные значения этих коэффициентов получают в результате статистической обработки большого числа полученных экспериментально внешних скоростных характеристик однотипных двигателей. При ориентировочных расчетах для бензиновых двигателей значения коэффициентов а, b, с можно принимать равными единице. Поэтому расчетная формула в рассматриваемом случае имеет вид
.
Так как Nе должно измеряться в кВт, а Nemax задано в лошадиных силах, то необходимо осуществить переход от лошадиных сил к кВт на основании того, что 1 л.с. = 735,49875 Вт. Получаем, что Nemax = 100 л.с. = 73549,875 Вт » 73,55 кВт.
По известным значениям эффективной мощности и частоты вращения коленчатого вала рассчитываются значения эффективного момента по формуле
Максимальный эффективный момент двигателя рассчитывается по формуле
В рассматриваемом случае расчет ведется по формуле
.
Частота вращения коленчатого вала двигателя при максимальном эффективном моменте определяется выражением
.
В рассматриваемом случае расчет ведется по формуле
.
Значения удельного эффективного расхода топлива в зависимости от частоты вращения коленчатого вала двигателя рассчитывают по формуле
где geN – удельный эффективный расход топлива при максимальной эффективной (номинальной) мощности двигателя, который может быть принят равным 1,05gemin, г/(кВт.ч); d, e, и l – эмпирические коэффициенты; gemin – минимальный удельный эффективный расход топлива, г/(кВт.ч). Значение gemin в расчетах принимаем для бензиновых двигателей gemin = 300 г/(кВт-ч);
Эмпирические коэффициенты для бензиновых двигателей:
d = 1,2; e = 1,0; l= 0,8.
Значения NД и MД примем равными NД= 0,9 * Nе и МД= 0,9 * Ме.
Результаты расчетов параметров внешней скоростной характеристики сводем в таблицу 1.
Таблица 1. Параметры внешней скоростной характеристики
Параметр
Значение параметра двигателя при отношении пД/пN
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
пД, мин–1
520
1040
1560
2080
2600
3120
Ne, кВт
17,064
36,481
54,721
68,254
73,550
67,077
NД, кВт
15,358
32,833
49,249
61,429
66,195
60,369
Ме, Н-м
391,734
418,742
418,738
391,722
337,694
256,645
МД, Н-М
352,560
376,868
376,865
352,550
303,924
230,980
gе, г/(кВт-ч)
325,08
292,32
279,72
287,28
315,00
362,88
По данным расчетов построим внешнюю скоростную характеристику двигателя на рисунке 1.
Рисунок 1. Внешняя скоростная характеристика ДВС
Вначале строят тяговую характеристику автомобиля в координатах сила тяги – скорость движения [Рm = f(Vа)], которые рассчитывают по формулам:
; .
где МДi и nДi – текущий момент и частота вращения коленчатого вала двигателя по внешней скоростной характеристике при отношении равном 0,2; 0,4...1,2, Н-м и мин–1; Uк.п., Uд.к. и Uг.п. – передаточные числа коробки передач (КП) – дополнительной (раздаточной) коробки и главной передачи.
При вычислении передаточные числа КП последовательно подставляют от первой передачи до высшей. Если имеется дополнительная коробка передач, то ее передаточное число принимают постоянным на высшей передаче, а если ее нет, то Uд.к.=1.
Для КАМАЗ-45515 передаточные числа:
- главная передача Uг.п. = 3,9
- первая передача Uк.п.1 = 3,5
- вторая передача Uк.п.2 = 2,26
- третья передача Uк.п.3 = 1,45
- четвертая передача Uк.п.4 = 1
КПД трансмиссии hтр = 0,93.
Силы сопротивления дороги и воздуха рассчитывают по формулам
Pд = ma * g * (f±i) =ma * g * y ;
Pв=WB * Va2=Ke * Fa * Va2
По условиям задачи суммарный коэффициент дорожного сопротивления берем в границах y = 0,05; 0,13 и 0,3. Получаем:
при y = 0,05 — Pд = ma * g * y = 1790 * 9,8 * 0,05 = 877,1
при y = 0,13 — Pд = ma * g * y = 1790 * 9,8 * 0,13 = 2280,46
при y = 0,3 — Pд = ma * g * y = 1790 * 9,8 * 0,3 = 5262,6
Фактор сопротивления воздуха We = 0,717336 Н? с2/м2
Кинематический радиус колеса rк = 0,24395 м.
Сила сопротивления воздуха для автомобиля ГАЗ–2410
Pв=WB * Va2 = 0,717336 Н? с2/м2 * Va2
Результаты вычислений сводем в таблицу 2.
Таблица 2. Тяговая характеристика автомобиля
Параметр
Значение параметра при отношении , равном
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
I передача
рm н
14676,66
15688,84
15688,84
15688,84
14676,66
12652,29
Vа, м/с
0,98
1,95
2,93
2,93
3,90
4,88
рв н
0,68
2,73
6,15
6,15
10,93
17,08
II передача
рm н
9476,93
10130,51
10130,51
10130,51
9476,93
8169,77
Vа, м/с
1,51
3,02
4,53
4,53
6,04
7,56
рв н
1,64
6,55
14,74
14,74
26,21
40,95
III передача
рm н
6080,33
6499,66
6499,66
6499,66
6080,33
5241,66
Vа, м/с
2,36
4,71
7,07
7,07
9,42
11,78
рв н
3,98
15,92
35,82
35,82
63,67
99,49
IV передача
рm н
4193,33
4482,53
4482,53
4482,53
4193,33
3614,94
Vа, м/с
3,42
6,83
10,25
10,25
13,66
17,08
рв н
8,37
33,47
75,30
75,30
133,88
209,18
Учитывая, что ускорение автомобиля неизвестно, силу сопротивления инерции не рассчитывают, а определяют из графика силового баланса.
Расчет сил сопротивления дороги производят как для горизонтального участка асфальтобетонного шоссе (i = 0), так и при движении автомобиля на подъем (i > 0). При расчете выбираем 5 значений скорости в пределах от нуля до максимальной.
Результаты расчета занесем в таблицу 3.
Таблица 3. Силы сопротивления дороги и воздуха, Н
Значение параметра при скоростях движения автомобиля, м/с
Параметр
0
25
50
75
100
125
Vа max = 150
Рд при i= 0
210,50
298,21
561,34
999,89
1613,86
2403,25
3368,06
Рд при i = 0,05
1087,60
1175,31
1438,44
1876,99
2490,96
3280,35
4245,16
Рд при i = 0,1
8183,26
14445,01
46185,57
142271
367477,8
812493,5
1593916
Рв
0,00
448,34
1793,34
4035,02
7173,36
11208,38
16140,06
По данным таблиц 2 и 3 строим графики тягового баланса.
При построении графиков тягового баланса вначале необходимо построить тяговую характеристику автомобиля на различных передачах, силу сопротивления воздуха, а затем суммарную силу сопротивления воздуха и дороги.
1.5 Определение рабочего объема (литража) двигателя
Рабочий объем (литраж) двигателя
Vh = 255 * z * Nмакс ? pe ? nN = 255 * 4 * 73.55 кВт ? 16,5 ? nN = 1136,68 см3
2. ДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ АВТОМОБИЛЯ
Данный расчет автомобиля заключается в определении основных характеристик позволяющих оценить показатели динамичности автомобиля в заданных дорожных условиях.
Динамический паспорт автомобиля представляет собой совокупность динамической характеристики, номограммы нагрузок и графика контроля буксования. Динамический паспорт позволяет решать уравнение движения автомобиля с учетом большого числа факторов: конструктивных параметров (Ме, Ump, hтр. rк, rд и др.), основных характеристик дороги (y, jх) и нагрузки на автомобиль.
Динамический фактор автомобиля с полной нагрузкой рассчитывают по формуле
Значения силы тяги для каждой передачи КП возьмем из таблицы 4, а силы сопротивления воздуха для заданных скоростей движения автомобиля – из графика тягового баланса.
Результаты расчетов занесем в таблицу 4.
Таблица 4. Параметры динамической характеристики груженого автомобиля
Параметр
Значение параметра при отношении , равном
0,2
0,4
0,6
0.8
1,0
1,2
I передача
Va, м/с
0,98
1,95
2,93
2,93
3,9
4,88
Да, Н/Н
0,296
0,317
0,317
0,317
0,296
0,256
II передача
Va, м/с
1,51
3,02
4,53
4,53
6,04
7,56
Да, Н/Н
0,540
0,577
0,577
0,577
0,539
0,463
III передача
Va, м/с
2,36
4,71
7,07
7,07
9,42
11,78
Да, Н/Н
0,346
0,370
0,368
0,368
0,343
0,293
IV передача
Va, м/с
3,42
6,83
10,25
10,25
13,66
17,08
Да, Н/Н
0,239
0,254
0,251
0,251
0,231
0,194
По результатам расчета построим графики динамической характеристики полностью груженного автомобиля.
Величину масштаба а0 для шкалы Да определим по формуле
где аа – масштаб шкалы динамического фактора Да мм/(Н/Н); m0 - снаряженная масса автомобиля с водителем, кг.
Построим номограмму нагрузок. Для этого ось абсцисс динамической характеристики продолжают влево и на ней откладывают отрезок произвольной длины. На отрезке в крайней точке слева отмечают нулевую точку и проводят вертикальную линию, параллельную оси Да, – ось шкалы До динамического фактора автомобиля в снаряженном состоянии (с учетом массы водителя 75 кг). На оси абсцисс между осями Д0 и Да слева направо наносят шкалу нагрузки Н в
При равномерном движении автомобиля ускорение равно нулю, следовательно значение динамического фактора определяет и величину сопротивления дороги, которое автомобиль при заданной скорости может преодолеть.
По данным таблиц 3 и 4 построим графики тягового баланса.
По графикам тягового баланса определим:
1. При i = 0 определить максимальную скорость движения автомобиля и сравнить ее с паспортным значением;
2. При других значениях угла подъема дороги определить максимальную скорость движения и передачу в коробке передач, на которой автомобиль может двигаться с полной подачей топлива в процентах (по пассажировместимости).
Номограмма нагрузок наглядно показывает, что
Дата =Д0 т0= Дт = const,
где т и Д – масса автомобиля в пределах от снаряженной до максимальной полной и соответствующий ей динамический фактор.
Динамический паспорт автомобиля
Список использованных источников
1. Дехтяр Б.А. ГАЗ 2410. Устройство, ремонт, эксплуатация, техническое обслуживание. Издательство: Колесо, 2000 г.
2. Методические указания к справочным нормативным материалам для планирования работы автомобильного транспорта, под общей редакцией Н.Ф. Билибиной.
3. Теория и конструкция автомобиля. Кленников В. М., Кленников Е. В. - 1967
4. Чернышев В.А. Тягово-динамический и топливно-экономический расчет автомобиля: Методические рекомендации по выполнению курсовой работы. – М.: МГАУ, 2002. – 39 с.
5. Экономика автомобильного транспорта. Практические расчеты и производственные ситуации, Н.Ф. Билибина, А.К. Бертман, Л.И. Артанова.