Васильев В.А. Автомобили. Тяговая динамичность автомобилей

Подождите немного. Документ загружается.

Продолжение табл. 1.4

I II

Легковые заднемоторные

56÷60

Легковые переднеприводные

43÷47

Автомобили повышенной проходимости:

двухосные

50÷54

трехосные

70÷72

Координаты центра масс автомобиля ( ). Координа-

ты

можно определить, рассмотрев уравнения равновесия моментов

от действия сил на неподвижный автомобиль относительно точки 2

(рис. 1.1).

hba ,,

ba,

Рис. 1.1.

Расчетная схема

На неподвижный автомобиль действуют силы ,

, тогда уравнение равновесия моментов принимает следую-

щий вид:

GZ =

− bGLZ

, откуда:

== ; (1.2)

bLa

−

. (1.3)

Высоту центра масс (

, м) принимают равной высоте погрузоч-

ной площади для грузовых автомобилей и диаметру колеса для легко-

вых автомобилей и автобусов.

Основными параметрами двигателя являются:

Диаметр цилиндра

Ход поршня

Число цилиндров

Рабочий объем цилиндра

Рабочий объем двигателя

Объем камеры сгорания

Степень сжатия

Число тактов рабочего цикла двигателя

Максимальный эффективный крутящий момент двигателя

Максимальная эффективная мощность двигателя

Литровая мощность двигателя

Основными параметрами трансмиссии являются:

Схема трансмиссии

Передаточные числа трансмиссии

Коэффициент полезного действия трансмиссии

Коэффициент полезного действия трансмиссии оценивает потери

энергии при передаче ее от двигателя к ведущим колесам и представ-

ляет собой отношение мощности (крутящего момента), подведенной к

ведущим колесам, к эффективной мощности (эффективного крутящего

момента) двигателя:

−=

−

== 1

или

mpe

mmpe

mpe

MiM

−=

−

== 1

(1.4)

где

, - мощность (крутящий момент), подведенные к ведущим

колесам, Вт (Н⋅м);

- эффективная мощность (эффективный кру-

тящий момент) двигателя, Вт (Н⋅м);

, – потери мощности

(крутящего момента) в трансмиссии, Вт (Н⋅м);

- передаточное от-

ношение в трансмиссии.

Величина

в значительной степени зависит от схемы трансмис-

сии, конструктивных и технологических особенностей ее механизмов,

передаваемого крутящего момента, скорости движения автомобиля,

характеристик и температуры смазочных материалов в механизмах

трансмиссии, их технического состояния.

В табл. 1.5 приведены средние значения

тр

для различных типов

автомобилей.

Таблица 1.5

Коэффициент полезного действия трансмиссии

Тип автомобиля

тр

I II

Легковые 0,92

Грузовые двухосные с одинарной главной передачей 0,90

Продолжение табл. 1.5

I II

Грузовые двухосные с двойной главной передачей 0,88

Грузовые трехосные 0,84

Автобусы

0,88÷0,99

Повышенной проходимости легковые 0,86

Повышенной проходимости грузовые 0,80

Порядок выполнения работы

1. Изучить системы классификации и обозначения автотранспортных

средств, ознакомившись с содержанием нормативных документов: ОН

025270-66 (отраслевая нормаль Минавтопрома СССР) и ГОСТ Р 51709

- 2001.

2. Определить параметры массы заданного автотранспортного сред-

ства, в том числе: сухая масса автомобиля; собственная масса автомо-

биля; полная масса автомобиля; максимальная осевая нагрузка; номи-

нальная

грузоподъемность (пассажировместимость) автомобиля; ко-

эффициент использования массы.

3. Определить основные параметры двигателя заданного автотранс-

портного средства, в том числе: диаметр цилиндра; ход поршня; число

цилиндров; рабочий объем цилиндра и двигателя; объем камеры сгора-

ния; степень сжатия; максимальные эффективную мощность и эффек-

тивный крутящий момент двигателя при определенных частотах вра-

щения коленчатого

вала; литровую мощность двигателя; массу двига-

теля; литровую массу двигателя; удельную массу двигателя.

4. Определить основные параметры трансмиссии заданного авто-

транспортного средства, в том числе: передаточные числа в коробке

передач; передаточные числа в главной передаче; передаточные числа

в дополнительной коробке (если таковая есть). Начертить схему транс-

миссии.

5. Определить основные параметры

рулевого и тормозного управле-

ний заданного автотранспортного средства, в том числе: параметры

рулевого механизма, рулевого привода и усилителя рулевого управле-

ния (если есть); параметры тормозных систем, тормозных приводов и

тормозных механизмов.

6. Определить основные параметры подвесок и колес заданного авто-

транспортного средства, в том числе параметры задней подвески; па-

раметры передней

подвески; параметры шин и колес, согласно норма-

тивных документов /2, 5, 6, 7/.

7. Определить основные параметры топливной экономичности за-

данного автотранспортного средства, в том числе: контрольный расход

топлива; расход топлива в городском цикле.

8. Выводы и рекомендации.

Контрольные вопросы и задания

1. Система классификации и обозначения автотранспортных средств,

принятая в РФ.

2. Международная Система классификации и обозначения авто-

транспортных средств.

3. Что такое полная масса автомобиля?

4. Что такое собственная масса

автомобиля?

5. Что такое рабочий объем двигателя?

6. Что такое коэффициент полезного действия трансмиссии? От ка-

ких факторов он зависит?

7. Расшифровать обозначение шин, установленных на заданной мо-

дели автомобиля.

8. Что такое контрольный расход топлива? Как он определяется?

Практическое занятие №2

ВНЕШНЯЯ СКОРОСТНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДВИГАТЕЛЯ

Цель занятия

1. Изучить методы

построения скоростных характеристик двигателя

внутреннего сгорания.

2. Построить внешнюю скоростную характеристику двигателя за-

данной модели автомобиля с использованием эмпирической зависимо-

сти С.Р. Лейдермана.

Общие сведения

Автомобиль движется в результате действия на него различных

сил. Основной движущей силой является сила тяги на ведущих коле-

сах. Сила тяги возникает в результате

работы двигателя и взаимодей-

ствия ведущих колес с опорной поверхностью.

Для определения силы тяги на ведущих колесах используют ско-

ростную характеристику двигателя. Скоростная характеристика двига-

теля - это зависимость некоторых параметров двигателя от частоты

вращения коленчатого вала

при постоянной подаче топлива. Основ-

ными параметрами, характеризующими двигатель внутреннего сгора-

ния, являются:

- эффективная мощность ;

- эффективный крутящий момент ;

- эффективный удельный расход топлива ;

- часовой расход топлива .

Скоростная характеристика, полученная при полной подаче топли-

ва, называется внешней скоростной характеристикой двигателя (ВСХ).

Скоростные характеристики, полученные на других установившихся

режимах работы, называются частичными скоростными характеристи-

ками двигателя.

Наибольший интерес представляют предельные возможности ав-

томобиля. Поэтому, для определения показателей тяговой динамики и

топливной экономичности, которые возможно получить от того или

иного автомобиля, необходимо воспользоваться ВСХ. При этом счи-

тают, что

, , и являются лишь функцией частоты вра-

щения коленчатого вала

, а остальные факторы, влияющие на них,

находятся в оптимальных пределах. Форма кривых ВСХ в значитель-

ной степени зависит от типа двигателя. На рис. 2.1 представлены зави-

симости

)(

nfN = )(

nfM

, определенные для различных

двигателей.

Рис. 2.1.

Внешняя скоростная характеристика : а) без ограничителя частоты

вращения коленчатого вала (бензиновый); б) с ограничителем частоты враще-

ния коленчатого вала (дизель).

Частота вращения коленчатого вала является наименьшей, n

min

при которой двигатель устойчиво работает под полной нагрузкой (для

быстроходных двигателей n = 800÷900 об/мин, для тихоходных (ди-

min

зелей) = 600...800 об/мин). С увеличением , эффективная мощ-n

min

ность и эффективный крутящий момент, развиваемые двигателем, воз-

растают, и в определенных значениях и достигают макси-n

мальных значений и . При дальнейшем увеличении часто-N

max

ты вращения коленчатого вала (свыше ), вследствие значительного n

возрастания динамических нагрузок на детали кривошипно-шатунного

механизма двигателя, кривая эффективной мощности падает. Поэтому

максимальная частота вращения коленчатого вала двигателя не n

max

должна превышать более чем на 10...20%. Отношение и n

max

оценивается величиной

max

, которая для разных типов двигате-

лей имеет разные значения, и лежит в пределах

2,105,1

. На дизель-

ных и некоторых бензиновых двигателях, в силу ряда особенностей

рабочего процесса, частоту вращения коленчатого вала вообще огра-

ничивают значением путем введения в конструкцию двигателя

ограничителя частоты вращения коленчатого вала.

Эффективный крутящий момент, получаемый при максимальной

мощности, обозначается .

С помощью скоростных характеристик можно оценить преимуще-

ства и недостатки того или иного типа двигателя, а также соответствие

типа двигателя условиям его применения на автомобиле.

Скоростные характеристики получают различными методами.

Наиболее достоверным является стендовое испытание двигателя по

стандартной методике, которая может иметь некоторые отличия в раз-

ных странах. При стендовых испытаниях отключают часть оборудова-

ния двигателя, регламентированы также атмосферные условия (атмо-

сферное давление и температура воздуха). Кривые ВСХ получают по

результатам испытания двигателя при различных частотах вращения

вала, причем одновременно с замерами эффективного крутящего мо-

мента определяют часовой расход топлива . Разделив часовой

расход топлива на эффективную мощность двигателя подсчитыва-

ет удельный эффективный расход топлива , т.е. расход топлива в

граммах на единицу мощности в час. Наиболее экономичный режим

работы двигателя определяется значением наименьшего удельного эф-

фективного расхода топлива

mine

При отсутствии экспериментальных зависимостей используют

эмпирические формулы, позволяющие по известным значениям

при

или при воспроизвести кривые ВСХ. Наиболее

часто пользуются эмпирической зависимостью С.Р. Лейдермана:

max

⎥

⎦

⎤

⎢

⎣

⎡

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

⋅−

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

⋅+⋅⋅=

max

aNN

(2.1)

где

– максимальная мощность двигателя, кВт; – частота

вращения коленчатого вала двигателя при максимальной мощности,

об/мин;

– аргумент, изменяемая частота вращения коленчатого ва-

ла, об/мин;

– эмпирические коэффициенты, определяющие

форму ВСХ, зависящие от типа двигателя и особенностей его конст-

рукции.

max

N n

abc,,

Соответствующее значение эффективного крутящего момента дви-

гателя (Н⋅м) определяется по формуле:

⋅= 9550 (2.2)

где

- эффективная мощность двигателя, кВт; 9550 – коэффициент,

согласующий внесистемные единицы кВт и об/мин.

Значения коэффициентов

можно определить несколькими

способами.

abc,,

Один из способов основан на использовании интерполяционной

формулы Лагранжа /3/.

Вынесем из правой части уравнения (2.1) за скобки

и, имея в

виду, что

⋅= 9550 и

max

9550⋅= , после преобразо-

вания уравнения (2.1) получим выражение для построения зависимости

: )(

nfM =

⎥

⎦

⎤

⎢

⎣

⎡

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

⋅−⋅+⋅=

baMM

(2.3)

Для аналитического расчета удобно зависимость

)(

nfM

представлять в виде:

MeMeMe

cnbnaM ++=

, (2.4)

где

−= ,

= ,

aMc

- постоянные коэффи-

циенты.

Для расчета коэффициентов

может быть использова-

на формула Лагранжа, в которой если обозначить

MMM

сba ,,

, а xn

то получится уравнение:

))((

2313

3212

3121

хххх

уу

−−

−

−−

−

−−

−

, (2.5)

где

- произвольные координаты точек зависимости

21321

,,,,, хххууу

)(

nfM =

При использовании формулы Лагранжа, удобно принимать,

min1

nx =

, и соответствующие им значения .

Подставляя численные значения координат

в уравне-

ние (2.5), можно получить уравнение (2.4), в котором коэффициенты

будут иметь определенные численные значения.

321321

,,,,, хххууу

MMM

сba ,,

Второй способ основан на исследовании функций (2.1) и (2.3) в

критических точках.

Поскольку уравнение (2.1) имеет общий характер, оно должно

удовлетворяться и в точке

. Так как при этом

max

, то

из (2.1) следует:

−

cba (2.6)

Отношение

max

является коэффициентом приспособляе-

мости двигателя по моменту. Он характеризует способность двигателя

преодолевать возросшее сопротивление (с падением частоты вращения

коленчатого вала

возрастает до ) и колеблется в пределах

1,1÷1,4. Отношение

max

= является коэффициентом приспособ-

ляемости двигателя по частоте вращения коленчатого вала.

Уравнение (2.3) в точке

, когда

max

, выглядит

как:

⎥

⎦

⎤

⎢

⎣

⎡

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

⋅−⋅+⋅=

max

baMM

, и после преобразова-

ния (деления на

) принимает вид:

−+= (2.7)

Наличия экстремума функции

()

nfM

в точке

и со-

ответственно равенства нулю производной

⎥

⎦

⎤

⎢

⎣

⎡

⋅−⋅=

. Поскольку

, а 0≠

следовательно, получается уравнение вида:

=−

. (2.8)

Решая совместно систему уравнений (2.6), (2.7) и (2.8), получим:

()

⎪

⎩

⎪

⎨

⎧

−

−⋅

−=

−

−⋅

−=

−

+−⋅⋅

⇔

⎪

⎩

⎪

⎨

⎧

=−

−+=

=−+

)1(

)1(2

1)2(

nnM

KKK

cba

(2.9)

Мощность от двигателя к ведущим колесам передается агрегатами

трансмиссии. С точки зрения динамики автомобиля выгодно иметь

большой диапазон передаточных чисел в трансмиссии. При этом авто-

мобилю обеспечивается быстрый разгон и способность преодолевать

очень тяжелые участки дороги. Чем больше количество передач вы-

полнено в трансмиссии, тем легче подбирать в различных условиях

передачу, при которой движение автомобиля происходит на самом вы-

годном режиме - на режиме наибольшей мощности двигателя. Однако

многоступенчатые коробки передач сложнее и дороже, и управление

автомобилем с многоступенчатой коробкой требует более высокой

квалификации водителя. Получившие в последнее время большое рас-

пространение автоматические коробки передач обеспечивают большее

приближение режима движения к наивыгоднейшему, но коэффициент

полезного действия всех существующих в настоящий момент конст-

рукций автоматических коробок передач значительно ниже чем меха-

нических ступенчатых, что приводит к дополнительным затратам энер-

гии. Поэтому на современных автомобилях имеют место и те и другие

конструкции, выполненные по различным схемам, но призванные вы-

полнять роль наивыгоднейшего использования мощности двигателя

при разгоне (движении) автомобиля.

Рис. 2.2. Использование мощности

двигателя при разгоне автомобиля с

четырехступенчатой коробкой пере-

дач

ab - разгон на первой передаче;

cd - разгон на второй передаче;

ef - разгон на третьей передаче;

gh - разгон на четвертой передаче;

Проанализировать использование мощности двигателя при разгоне

можно графоаналитическим методом, используя кривые ВСХ. Если

отложить на графике ВСХ по дополнительной вертикальной оси спра-

ва вниз (рис. 2.2) скорость движения автомобиля (в км/ч), которая

изменяется в зависимости от частоты вращения коленчатого вала на

различных передачах по линейному закону:

oдвki

kekk

iii

rnrn

⋅⋅

⋅

⋅⋅

⋅

38,0

6,3

(2.10)

где – радиус колеса, м; – соответственно передаточные r

двoкв

iii ,,