Последовательность тягового расчета автомобиля

3.1.2.1. Выбор исходных параметров

● Суммарный коэффициент сопротивления дороги, преодолеваемый автомобилем на прямой передаче.

Максимальный подъем i₀, преодолеваемый автомобилем на прямой передаче, характеризует способность автомобиля двигаться в различных дорожных условиях без переключения на низшую передачу. Зная максимальный подъем, который должен преодолеть автомобиль на прямой передаче, можно определить значение суммарного коэффициента сопротивления дороги:

ψ₀ = f + i ₀. (1)

Обычно этот показатель условно относится к хорошей дороге с коэффициентом сопротивления качению f = 0,02–0,04. Грузовые автопоезда с полной нагрузкой должны преодолевать подъем с уклоном i₀ = 3%. Для одиночных автомобилей величина преодолеваемого подъема будет иметь бόльшие значения.

● Максимальный суммарный коэффициент сопротивления дороги, преодолеваемый автомобилем на первой передаче.

Максимальный подъем i_max,преодолеваемый автомобилем на первой передаче, определяющий максимальное суммарное сопротивление дороги:

ψ_max = f + i _max. (2)

Для грузовых одиночных автомобилей с полной нагрузкой преодолеваемый уклон дороги должен быть: i _max≥ 25%, а для автопоездов – 18%. При υ _а, превышающей 60 км/ч, коэффициент сопротивления качению следует корректировать, пользуясь данными таблицы 3 и формулой (1):

, (3)

где - коэффициент сопротивления качению колес автомобиля при движении со скоростью, менее 60…80 км/ч, принимается по таблице 4.

Таблица 4 - Значения коэффициентов сопротивления качению с учетом типа и

состояния дороги

Дорожные условия
С асфальтобетонным и цементобетонным покрытием: в хорошем состоянии в удовлетворительном состоянии	0,007…0,015 0,015…0,020
Булыжная дорога в хорошем состоянии	0,025…0,030
Гравийная дорога в хорошем состоянии	0,020…0,025
Грунтовая дорога: сухая укатанная после дождя в период распутицы	0,025…0,030 0,050…0,150 0,10…0,25
Суглинистая и глинистая целина: сухая в пластическом состоянии	0,04…0,06 0,10…0,20
Песок: сухой сырой	0,100…0,300 0,06…0,15
Обледенелая дорога	0,015…0,030
Укатанная снежная дорога	0,03…0,05
Рыхлый снег	0,10…0,30

● коэффициент сцепления j_х (продольный). Коэффициент продольного сцепления выбирают из таблицы 5 для принятого ранее в определении коэффициента сопротивления качению f типа и состояния дороги.

 

Таблица 5 – Значения коэффициента сцепления j_х в зависимости от типа и

состояния дороги

Тип покрытия дороги	Состояние покрытия
Сухое	Мокрое
Асфальтобетонное	0,7…0,8	0,35…0,45
Гравийная дорога	0,6…0,7	0,3…0,4
Грунтовая дорога	0,5…0,6	0,2…0,4
Снег	0,2	0,3
Лед	0,1	0,2

● Массовые параметры. Определению подлежат полная и снаряженная массы автомобиля и масса нагрузки.

Полная масса автомобиля m _а (грузового, легкового, автобуса) вычисляется по формуле:

m _а = m ₀ + m _г , (4)

где m ₀ – масса снаряженного автомобиля (снаряженная масса), кг;

m _г – масса полезной нагрузки, кг.

 

Для грузового автомобиля масса нагрузкиm_г состоит из массы груза m_гр и массы членов экипажа m_э:

m _г = m _гр + m _э. (5)

Значение m _гр соответствует номинальной грузоподъемности автомобиля, a m_э вычисляется по формуле

m _э = n _э ∙ m _чэ, (6)

где n _э – количество членов экипажа (водители, экспедиторы и др.);

m _чэ – масса члена экипажа грузового автомобиля (принимают m_чэ = 75 кг).

 

Для грузового автомобиля полная масса m _а – главный параметр. Ее значение указывается в техническом задании на проектирование автомобиля. Определению подлежат массы m_о и m_г. Для их определения можно использовать статистическую информацию о значениях коэффициента грузоподъемности к_г, или коэффициента удельной грузоподъемности к_г.уд, вычисляемых по формулам:

к_г = m _г / m _а , (7)

к_г.уд = m _г / m ₀. (8)

Характеристики параметров масс автомобилей-тягачей аналогичны характеристикам одиночных грузовых автомобилей. При оценке полной массы автомобиля, являющегося седельным тягачом, его снаряженная масса складывается с нагрузкой, создаваемой полуприцепом на седельное устройство при номинальной нагрузке полуприцепа.

Полная масса прицепа (полуприцепа) является его главным параметром. Полная масса автопоезда в составе автомобиля-тягача и прицепа равна сумме их полных масс.

Для пассажирских автомобилей (автобусов, легковых автомобилей) главный параметр – габаритная длина L _г. Масса снаряженного автобуса m ₀ примерно пропорциональна габаритной длине L _г и зависит от типа автобуса. Значение можно определить из соотношения:

m ₀ = с_m L _г (9)

где с_m – коэффициент массы, кг/м;(приблизительно с_m =450…670 кг/м)

L_г – габаритная длина автобуса, м.

Грузоподъемность автобуса m _г определяют по формуле:

m _г = n _э m _чэ+ n _п (m _п + m _б + m _{р к}), (10)

где n _э – количество членов экипажа (водители, экскурсоводы и др.);

m _чэ – масса члена экипажа;

n _п – количество перевозимых пассажиров (пассажировместимость);

m _п – масса пассажира;

m _б – масса багажа на одного пассажира;

m _рк – масса ручной клади на одного пассажира.

Принимают следующие значения параметров масс: m _чэ = 75кг; m _п =68кг; в городском автобусе m _б = 0, m _рк = 3 кг; в пригородном m _б = 10 кг, m _рк = 0; в междугородном и туристском m _б =20, m _рк = 3.

При определении номинальной пассажировместимости учитывается количество мест для сидящих n _пс и стоящих n _пст пассажиров. Общее количество мест в автобусе вычисляют по формуле:

n _п = n _п.с + n _{п ст} = n _{п ст} + F _ст/γ_ст, (11)

где F _ст – площадь для размещения стоящих пассажиров, м²;

γ_ст – норма площади на одного стоящего пассажире, м²/пасс.

Норма площади γ_ст в городском и пригородном автобусах при номинальной вместимости составляет 0,2 м²/пасс, а в часы пик – 0,125 м²/пасс.

В междугородных и туристских автобусах перевозка стоящих пассажиров не предусмотрена.

● Подбор шин. Для подбора шин надо определить нагрузку, приходящуюся на одно колесо автомобиля полной массы с учетом перераспределения по осям.

У легковых автомобилей вес распределяется между передними и задними осями примерно поровну.

При определении количества мостов грузовых автомобилей большой грузоподъемности вначале необходимо принять решение о количестве шин накаждом мосту. Этот выбор зависит от типа и назначения автомобиля. Дляполноприводных автомобилей высокой проходимости принимают одинарные шины на всех мостах. У грузовых автомобилей дорожной проходимостии автобусов обычно передние управляемые мосты выполняют с одинарнымишинами, а задние (второй, третий и т. д.) – со сдвоенными шинами. Принимая условие одинаковой нагруженности всех шин, количество мостов можноопределить по следующим формулам:

- при одинарных или сдвоенных шинах на всех мостах

n _мост = m _аg / P_м.доп; (12)

- при n ₁мостах с одинарными шинами и n ₂мостах со сдвоенными шинами

n _мост = + 0,5 n ₁, (13)

где P_м.доп – предельно допустимая осевая нагрузка на дорогу.

 

Полученное значение n _мост, округляется в большую сторону и производится распределение массы между мостами. Наиболее рациональное распределение достигается при условии равенства нагрузок на всех шинах. В этом случае масса автомобиля, приходящаяся на одну шину m _ш, и нормальная нагрузка на шину P_z определяются по формулам:

m _ш =; (14)

P_z = m _ш ∙ g, (15)

где n _ш – суммарное количество шин на всех мостах автомобиля.

Распределение полной массы автомобиля между мостами при одинаковой нагрузке всех шин определяется по формулам:

m _а1 = m _ш ∙ n _ш1; m _а2 = m _ш ∙ n _ш2, (16)

где m _а1 – масса, приходящаяся на передний мост;

m _а2 – масса, приходящаяся на задний мост или на тележку;

n _ш1 – количество шин переднего моста;

n _ш2 – количество шин заднего моста или тележки.

 

В таблице 6 приведены выражения для приближенной оценки значений массы, отнесенной к ведущему мосту двухосных автомобилей различных типов (сцепной массы m _φ), характерные для реальных автомобилей.

 

Таблица 6 - Выражения для предварительного выбора сцепной массы
двухосных автомобилей

Тип автомобиля	Сцепная масса
Грузовые автомобили со сдвоенными шипами ведущих колес	m φ = (0,67–0,75) ma
Автобусы:
городские, пригородные и междугородные	m φ = (0,67–0,70) ma
для местных перевозок	m φ = (0,70–0,75) ma
Легковые автомобили:
заднепрнводные с передним расположением двигателя	m φ = (0,52–0,55) ma
эаднеприводные с задним расположением двигателя	m φ = (0,56–0,60) ma
переднеприводные с передним расположением двигателя	m φ = (0,53–0,57) ma

 

После определения номинальных нагрузок на мосты автомобиля производится выбор шин. Тип шины выбирают в зависимости от назначения автомобиля с учетом предъявляемых к нему требований по проходимости, а размер шины зависит от нагрузки, приходящейся на наиболее нагруженное колеса проектируемого автомобиля.

Размеры шины оказывают влияние на параметры, характеризующие приемистость автомобиля, что особенно важно для легковых автомобилей. Поэтому предпочтительно использовать шину минимально возможного размера. Ограничением является допускаемая нагрузка на шину, указываемая в стандартах. Там же приводится информация о статическом радиусе шины r _ст при номинальных значениях давления воздуха р_ш и нормальной нагрузки P_z.

Колесную формулу автомобиля выбирают в зависимости от его назначения и условий эксплуатации. При этом необходимо обеспечить возможность надежного трогания автомобиля с места и движения без буксования ведущих колес. Это условие ставит задачу определения количества ведущих мостов большегрузного автомобиля.

У грузовых автомобилей с колесной формулой 4×2 на переднюю ось при полном использовании грузоподъемности приходится около 25–30 % нагрузки. На задней оси этих автомобилей обычно монтируются четыре шины (двухскатные колеса), однако каждая шина задней оси испытывает большую весовую нагрузку, чем шина переднего колеса, поэтому шины для грузового автомобиля подбирают по весовой нагрузке, приходящейся на одно заднее колесо.

По величине нагрузки подбирают размер шин с определенным статическим радиусом колеса, который в расчетах условно считают равным динамическому радиусу r _cт = r _д= r _к.

● Фактор обтекаемости W_а= к _в F _в характеризует аэродинамические свойства автомобиля, т. е. определяет сопротивление воздуха движению автомобиля. Для проектируемого автомобиля фактор обтекаемости к F _а определен быть не может и поэтому он берется из справочных данных таким же, как у автомобиля- прототипа (таблица 7).

Таблица 7 – Значения аэродинамических параметров автомобиля

Тип автомобиля	Коэффициент сопротивления воздуха, ,	Площадь лобовой поверхности автомобиля, ,	Фактор обтекаемости автомобиля,
Легковые: - с закрытым кузовом - с открытым кузовом	0,20…0,35 0,40…0,50	1,6…2,8 1,5…2,0	0,3…1,0 0,6…1,0
Грузовые	0,60…0,70	3,0…5,0	1,8…3,5
Автобусы	0,24…0,40	4,5…6,5	1,1…2,6

● тип трансмиссии принимается по типу трансмиссии автомобиля - прототипа.

● Механический КПДη_тр характеризует потери мощности в транс­миссии автомобиля и принимается таким же, как у автомобиля, близкого по классу и назначению к проектируемому. Для определения КПД трансмиссии η_тр.п необходимо принять техническое решение о структуре трансмиссии, представить ее компоновочную схему и определить для каждого механизма трансмиссии тип и количество ступеней, передающих энергию от входного к выходному валу на высшей передаче, на которой достигается автомобилем υ_max.

Таблица 8 – Значения механического КПД, η_тр

3.1.2.2. Определение максимальной мощности двигателя.

Для этогопервоначально определяют мощность двигателя при максимальной скорости автомобиля, используя уравнение мощностного баланса автомобиля:

, (17)

где ψ_υ – коэффициентом суммарного сопротивления при υ_max.

В рассматриваемых условиях движения автомобиля продольный уклон дороги i₀ принимается до 3%, тогда

ψ_υ= f _υ + i₀

Значение f _υ вычисляется при υ_max по эмпирической формуле (3). При этом значение f _о можно выбирать по таблице 4.

Далее находится максимальная мощность двигателя в зависимости от его типа в требуемом диапазоне частот вращения коленчатого вала двигателя:

, (18)

где N _{υ max} – мощность двигателя при максимальной скорости движения;

а, b и с – эмпирические коэффициенты можно принять равным a = b = c =1 для бензиновых двигателей, a = 0,53, b = 1,56, c = 1,09 для дизелей;

, для автомобилей с бензиновым двигателем без ограничителя оборотов λравно 1,05–1,25; для автомобилей с бензиновым двигателем, имеющим ограничитель оборотов, λ равно 0,8–0,9; для автомобилей с дизельным двигателем λ равно 0,9–1,0.

По расчетным значениям N_{е mах} и n_N определяются текущие значения эффективной мощности N_e и эффективного вращающего момента M _e двигателя по формулам:

, (19)

где N_e – текущее значение эффективной мощности;

N_{e max} – максимальное значение мощности;

n_e – текущее значение оборотов коленчатого вала;

n_N – обороты при максимальной мощности.

. (20)

Определение значений расчетных точек кривых N_е =f(n) и М_е =f(n) производится для нескольких значений частоты вращения вала двигателя n_е в интервале от n _еmin до n _еmax с шагом 400 мин^-1.

По полученным значениям зависимостей N_е =f(n) и М_е =f(n) строится внешняя скоростная характеристика двигателя (ВСХ). ВСХ представляет собой график зависимости эффективной мощности N _e и эффективного вращающего момента M_e двигателя от частоты вращения коленчатого вала n_e или скорости автомобиля.

Скорость автомобиля υ _а, км/ч, рассчитывается по формуле:

. (21)

Перед построением графика ВСХ расчетные данные необходимо свести в таблицу 9.

Таблица 9 – Расчетные данные для построения ВСХ

На основании полученных данных строится внешняя скоростная характеристика двигателя (рис. 1).

Рисунок 1 - График внешней скоростной характеристики двигателя

Проверка на возможность преодоления на прямой передаче заданного подъема.

Для определения максимальной скорости автомобиля на прямой передаче, на внешней скоростной характеристике двигателя строится график N _ψ – мощности, необходимой для движения на прямой передаче по дороге с коэффициентом суммарного сопротивления ψ при выбираемых значениях скорости. Значения N _ψ определяются по формуле:

(22)

Кривая мощности N _ψ должна пересекаться с кривой эффективной мощности двигателя автомобиля N _е или касаться ее. Точка пересечения кривых N _е и N _ψ определяет значение максимальной скорости автомобиля, с которой он может двигаться с учетом сил сопротивления.

Вычислив значение N _ψ, подбирается двигатель для проектируемого автомобиля с учетом требуемых показателей топливной экономичности, экологичности, массы, габаритов. Выбор типа и модели двигателя должен быть обоснован исходя из условий эксплуатации (задания).

После выбора двигателя составляется его краткая техническая характеристика, в которой указываются следующие параметры:

N _{e max} – максимальная мощность, кВт; М _к – вращающий момент при N _{e max}, H·м; n_N – частота вращения коленчатого вала при N _{e max}, об/мин; М _{e max} – максимальный вращающий момент, H·м; n _М – частота вращения коленчатого вала при М _{e max}, об/мин; об/мин; g_{e N} – удельный расход топлива при максимальной мощности, г/(кВт ∙ ч).

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...

Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право...

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: