Побудова графіка силового балансу автомобіля
1. Побудова зовнішньої швидкісної характеристики двигуна внутрішнього згоряння.
2. Побудова силового балансу.
2.1. Визначення тягової сили.
2.2. Визначення сили лобового опору повітря.
2.3. Визначення сили дорожнього опору.
3. Побудова динамічної характеристики.
4. Побудова графіка прискорення.
5. Побудова розгінної характеристики.
6. Побудова паливної характеристики.
Побудова зовнішньої швидкісної характеристики двигуна внутрішнього згоряння.
В даний час на автомобілях застосовуються двигуни внутрішнього згоряння. Їх потужності властивості прийнято оцінювати швидкісними характеристиками, що представляють залежність ефективної потужності або крутного моменту на колінчастому валу при сталому режимі роботи від частоти роботи обертання колінчастого вала двигуна. Швидкісна характеристика, отримана при повній подачі палива називається зовнішньої швидкісної характеристикою.
Вихідні дані для розрахунку експлуатаційних характеристик автомобіля наведені в таблиці 1:
Таблиця 1. Вихідні дані
Поточні значення потужності Ni і крутного моменту Mi двигуна визначаються за формулами (1) і (2):
Де a, b, c - коефіцієнти, значення яких залежать від типу і конструкції двигуна;
NN - максимальна ефективна потужність, кВт або л.с .;
nN - частота обертання колінчастого вала, що відповідає максимальній потужності, с -1 (об / хв);
Mmax - максимальний крутний момент на колінчастому валу двигуна, Н * м;
nM - частота обертання колінчастого вала при максимальному моменті, що крутить, з -1 (об / хв);
ni - поточні значення частоти обертання колінчастого вала, с -1 (об / хв);
nmax - максимальна частота обертання колінчастого вала, с -1 (об / хв);
nmin - мінімальна частота обертання колінчастого вала, с -1 (об / хв).
Визначаємо крутний момент на колінчастому валу двигуна при максимальній потужності MN за формулою 3:
MN = 9550 * 75/5600 = 128 Н * м.
Визначаємо коефіцієнт пристосовності по моменту kM за формулою 4:
Визначаємо коефіцієнт запасу по частоті обертання kw за формулою 5:
kw = 5600/3800 = 1,47.
Визначаємо величину запасу крутного моменту двигуна МЗ за формулою 6:
Коефіцієнти двигуна a, b, cопределяются з системи рівнянь для карбюраторного двигуна:
Вирішуємо систему рівнянь і отримуємо: а = 0,5; b = 2; c = 1,5.
Розраховуємо поточні значення потужності ВСХ двигуна. Результати розрахунків ВСХ двигуна заносимо в таблицю 2:
Таблиця 2. Результати розрахунків ВСХ двигуна
Малюнок 1. ВСХ двигуна автомобіля
Побудова графіка силового балансу автомобіля.
2.1. Визначення тягової сили, Pт = f (V).
Сила, що забезпечує рух автомобіля - тягова сила, знаходиться для кожної передачі за формулою 7:
де M i k - момент відповідний Mi з таблиці ВСХ;
U i тр - передавальне число трансмісії на i-тій передачі,
Uгп - передавальне число головної передачі;
U i кп - передавальне число коробки передач на i-тій передачі;
# 951; i тр - ККД трансмісії на i-тій передачі;
rk - кінематичний радіус колеса.
Відстань від осі колеса до опорної поверхні, заміряне у нерухомого колеса, називається статичним радіусом Rст.
Відстань від осі колеса до опорної поверхні, заміряне при коченні колеса називається динамічним радіусом.
При коченні колеса по твердій опорній поверхні з малою швидкістю статичний і динамічний радіуси його практично однакові. Тому, при наближених розрахунках динамічний радіус приймають рівним статичному.
Статичний радіус колеса при відомих конструктивних параметрах шин знаходимо за формулою 8:
де d - внутрішній діаметр, мм;
В - ширина профілю, мм;
# 955; див - коефіцієнт, що зім'яло шин (для л. / А. = 0,8 - 0,95);
# 8710; - відношення висоти профілю до ширини (H / B для л. / А. = 0,7).
Rст = 0,5 * 0,381 + 0,195 * 0,8 * 0.65 = 0,29 м.
Радіальна шина має змішання міліметровий-дюймовий позначення. Наприклад, маркування 195 / 65R15 позначає:
195 - умовна ширина профілю шини (B), мм;
65 - відношення висоти профілю (H) до її ширині (B),%;
«R» - позначення радіальної шини;
15 - посадковий діаметр, дюйм.
При наближених розрахунках кінематичний радіус колеса за формулою 9:
де # 948; - коефіцієнт деформації шини (для л. / А. = 1,05).
rк = 0,300 * 1,05 = 0,306 м.
Розраховуємо передавальне число на кожній передачі за формулою 10:
Результати розрахунків наведені в таблиці 3:
Таблиця 3. Результати розрахунків передавального числа на кожній передачі
Будуємо графік тягової сили за отриманими табличних даних.
Малюнок 2. Сила тяги автомобіля
2.2. Визначення сили лобового опору Pw.
Значна частина корисної потужності, що виробляється автомобільним двигуном, витрачається на подолання сил опору повітряного середовища. Основні показники легкового автомобіля на високих швидкостях залежать, перш за все від його аеродинамічних якостей.
Дуже важливу роль відіграє конструкція стійок даху, водозливних жолобів і інших подібних пристроїв.
Розрахуємо силу лобового опору для вищої передачі за формулою 12:
де kв - коефіцієнт аеродинамічного опору, кг / м 3 (kв = 0,3);
Fd - лобова площа автомобіля, м 2 (Fd = 2,32);
Результати розрахунків сили лобового опору наведені в таблиці 7:
Таблиця 7. Результати розрахунків сили лобового опору
2.3. Визначення сили дорожнього опору Р # 968; .
Сила дорожнього опору складається з двох складових: сили опору коченню колеса і сили, обумовленої підйомом дорожнього полотна.
Розраховуємо силу дорожнього опору по формулі 13:
де Ga - вага автомобіля, Ga = m * g;
# 968; - наведений коефіцієнт дорожнього опору.
Розраховуємо наведений коефіцієнт дорожнього опору по формулі 14:
i - ухил дороги, в нашому випадку ухил відсутній так як автомобіль рухається по горизонтальній дорозі (i = 0);
f - коефіцієнт опору коченню.
Розраховуємо наведений коефіцієнт опору коченню за формулою 15:
де f0 початкове значення коефіцієнта опору коченню (f0 = 0,018);
kv - динамічний коефіцієнт (kv = 7 * 10 (-6)).
Результати розрахунків Fи # 968; наведені в таблиці 8:
Таблиця 8. Результати розрахунків Fи # 968;
Будуємо графік силового балансу за отриманими табличних даних.
Малюнок 3. Силовий баланс автомобіля
3. Побудова динамічної характеристики Д = f (V).
Порівняння автомобілів по потужності двигуна не волає труднощів, коли автомобілі близькі по масі, аеродинаміці, типам трансмісій, передавальним числам, розмірами шин. Однак найбільш універсальним показником для порівняння різних автомобілів, мотоциклів і т.д. є величина, яка називається динамічним фактором, що збігається з величиною кута підйому дороги, який доступний автомобілю. На горизонтальній дорозі надлишок тягової сили може бути утруднений на розгін або на подолання важкого ділянки з пухким снігом, піском, гравієм. Таким чином динамічним фактором називають величину вільної тягової сили, що припадає на одиницю ваги автомобіля.
Визначаємо динамічний фактор за формулою 16:
Результати розрахунків наведені в таблиці 10:
Таблиця 10. Результати розрахунків динамічного фактора
На основі табличних даних будуємо графік прискорення j = f (V).
Малюнок 5. Прискорення автомобіля
5. Побудова швидкісної характеристики S = f (V); t = f (V).
Для визначення абсолютних величин і характеру розгінної характеристики на різних передачах будують графік інтенсивності розгону. При розрахунках будують графік для прискорення автомобіля на вищій передачі.
Для визначення часу і шляху розгону в інтервалі швидкостей від мінімальної до максимальної цей інтервал розбивають на дрібні ділянки, для кожного з яких вважають jср за формулою 19:
де Jн. Jк - прискорення на початку і кінці ділянки, м / с 2.
Будуємо графік прискорення на вищій передачі.
Малюнок 6. Прискорення автомобіля на вищої передачі
Для кожної ділянки також визначають Vk за формулою 20:
де # 8710; t - час зміни швидкості від Vн до Vk. с.
визначають # 8710; t за формулою 21:
Шлях за час руху # 8710; t визначаємо за формулою 22:
де Vср - середня швидкість руху автомобіля, визначаємо за формулою 23:
Визначаємо час руху по формулі 24:
Результати всіх розрахунків наведені в таблиці 14:
Таблиця 14. Результати розрахунків Vср, jср. # 8710; t, S, t
На основі отриманих табличних даних будуємо графіки S = f (V); t = f (V) /
Малюнок 7. Час зміни швидкості
Малюнок 8. Графік шляху руху
6. Побудови паливної характеристики QS = f (V).
Паливна характеристика будується для вищої передачі при наступних значеннях наведеного коефіцієнта дорожнього опору:
1. # 936; 1 = = 0,0613;
2. # 936; 2 = 0,75 * = 0,0460;
Визначаємо дорожнє опір P # 968; за формулою 25:
Результати розрахунків P # 968; представлені в таблиці 15:
Таблиця 15. Результати розрахунку дорожнього опору
Знаходимо потужність, затрачену на подолання сил дорожнього сопротівленіяN # 968; за формулою 26; потужність, затрачену на подолання сил лобового сопротівленіяNw за формулою 27 і потужність на провідній осіNт за формулою 28:
Визначаємо потужність двигуна, необхідну для забезпечення руху автомобіля із заданою швидкістю при певних дорожніх опорах Ne за формулою 29:
де Nт - потужність на провідній осі, кВТ;
- ККД трансмісії на вищій передачі, (= 0,97)
Результати розрахунків наведені в таблиці 17:
Таблиця 17. Результати розрахунків потужностей