Выбор исходных данных
Задание.
Сделать анализ тягово-скоростных свойств автомобиля,AUDI
A
8
если коэффициент суммарного дорожного сопротивления y=0,02.
Исходные данные для расчета:
Вид автомобиля - легковой автомобиль
Полная масса m, кг - 2200
Марка и тип двигателя - бензиновый, AMF.
Максимальная мощность Ne
max
, кВт - 142
Частота вращения вала двигателя при максимальной мощности nN
, об/мин - 6000
Наличие ограничителя частоты вращения вала двигателя - нет
Передаточные числа:
Коробки передач
Uk
1
………………..3,5
Uk2
………………..1,94
Uk3
………………..1,3
Uk4
………………..0,943
Uk5
………………..0,789
Uk
зх
……………….3,444
Раздаточной коробки uрв
,…………………….нет
Главной передачи u0
…………………………..3,875
Шины………………………………………..22555R17
Статический радиус колес rст
, м……………0,317
Габаритные размеры:
Ширина Вг
, м…………………………………..1,88
Высота Нг
, м…………………………………...1,42
КПД трансмиссии h……………………………0,9
Коэффициент сопротивления воздуха K, Hc2
/м4
…0,2
Реальные значения основных параметров автомобиля для сравнения их с полученными расчетами:
Максимальный крутящий момент двигателя Memax
, Нм……………...280
Частота вращения вала двигателя при максимальном крутящем моменте nM
, об/мин…...3200
Максимальная скорость Vmax
, км/ч
Время разгона до 100 км/ч, с
Построение внешней скоростной характеристики двигателя
Для построения внешней скоростной характеристики поршневого двигателя внутреннего сгорания используют эмпирическую формулу, позволяющую по известным координатам одной точки скоростной характеристики воспроизвести всю кривую мощности:
(1)
где Ne
, кВт – текущее значение мощности двигателя, соответствующее частоте вращения вала двигателя n, об/мин;
Nemax
,кВт – максимальная мощность двигателя при частоте вращения nN
, об/мин;
А1
, А2
– эмпирические коэффициенты характеризующие тип двигателя внутреннего сгорания. Для бензинового А1
=1,0; А2
=1,0.
(2)
nmin
– минимальная частота вращения коленчатого вала.
(3)
(Н*м.)
Результаты расчетов внешней скоростной характеристики двигателя
По результатам расчетов строим график внешней скоростной характеристики (рис. 1).
Рис. 1
Построение графиков силового баланса
При построении графиков силового баланса для различных передач и скоростей движения автомобиля рассчитывают значение составляющих уравнения силового баланса.
Pk
- Py
- Pw
– Pj
= 0.
Тяговое усилие на ведущих колесах определяют из выражения, Н:
(4)
где rд
– динамический радиус колеса, который в нормальных условиях движения принимают равным rст
= 0,317 м.
Вторую составляющую силового баланса – силу суммарного дорожного сопротивления – определяют по формуле, Н:
Py
= yG(5)
Где G = gm – полный вес автомобиля;
G = 9,81 м/с2
– ускорение свободного падения.
G = 9,81 × 2200 = 21582Н
;
Py
= 0,02 ×21582 = 431,64Н
;
Силы сопротивления воздуха:
(6)
где F – лобовая площадь, м2
;
V – скорость автомобиля, км/ч.
F = a×Bг
×Hг
(7)
Где a - коэффициент заполнения площади, для грузовика находится в пределах 0,78…0,8, принимаем a = 0,8, тогда
F = 0,8 × 1,88× 1,42=2,13 м2
Силу сопротивления разгону, H:
(8)
где d - коэффициент учитывающий влияние инерции вращающихся масс;
j – ускорение автомобиля в поступательном движении, м/с2
.
При построении и анализе графиков силового баланса величина Pj
не рассчитывается, а определяется как разность тягового усилия Pk
и суммы сопротивлений движению (Py
+PW
)
График силового баланса и все последующие графики будем строить в функции скорости автомобиля V, км/ч, которая связана с частотой вращения вала двигателя n зависимостью
(9)
км/час
где rk
– радиус качения колеса, равный при отсутствии проскальзывания статическому радиусу rст
.
Для силы сопротивления воздуха
(10)
Динамический фактор автомобиля D определяется для различных передач и скоростейдвижения по формуле.
(11)
Результаты расчетов силового баланса и динамической характеристики автомобиля AUDIA8 (рис. 3, 4).
Рис. 2
Рис. 3
Оценка показателей разгона автомобиля
Ускорение j для разных передач и скоростей определяют по значениям D из таблицы 2, используя формулу
где d = 1,04 + 0,04 ×uki
2
×uPB
2
предварительно рассчитывается для каждой передачи
d1
=1,04+0,04×uk1
2
=1,04+0,04×3.52
=1,53;
d2
=1,04+0,04×uk2
2
=1,04+0,04×1,942
=1,19;
d3
=1,04+0,04×uk3
2
=1,04+0,04×1,32
=1,1;
d4
=1,04+0,04×uk4
2
=1,04+0,04×0,942
=1,07;
d5
=1,04+0,04×uk5
2
=1,04+0,04×0,7892
=1,06;
Расчетные данные для построения графиков ускорений сводят в таблице 3, где приводятся значения величин, обратных ускорениям 1/j, которые будут использованы при определении времени разгона АТС.
По данным таблицы 3 строят графики ускорений (рисунок 4) и величин, обратных ускорениям (рисунок 5).
Результаты расч
Время разгона получают как интеграл функции
(13)
графическим интегрированием функции 1/j = f(V), используя график величин, обратных ускорениям. Для этого площадь над кривыми разбивают на произвольное число участков. Площади этих участков представляют собой в определенном масштабе время разгона в соответствующем интервале скоростей на данной дороге. Например, время разгона автомобиля на и-м участке от скорости Vи
до Vи+1
Подсчитав площади участков Ft
и
и нарастающую сумму площадей, по формуле (14) вычисляем время разгона t. Расчеты сводим в таблице 4 и строим график времени разгона (рисунок 6).
Путь разгона определяют по аналогии графическим интегрированием функции t = f(V), т.е. подсчетом соответствующих площадей графика времени разгона, поскольку
(15)
Методика расчета и построения аналогична предшествующей. Для этого площадь над кривойt=f(V) в интервале от Vmin
до Vmax
разбивают на произвольное число участков (5 или 6). Площади этих участков представляют собой в определенном масштабе путь разгона в соответствующем интервале скоростей на данной дороге. Например, путь разгона автомобиля Sи
(м) на и-м участке от скорости Vи
до Vи+1
Sи
=mv
mt
Fs
и
(16)
Fs
и
– площадь и-го участка на графике , мм2
.
Подсчитав площади участков и нарастающую сумму площадей, по формуле (16) вычисляют путь разгона S, сводят расчеты в таблице 5 и строят график пути разгона.
двигатель автомобиль тяговый скоростной
Рис. 4
Рис. 5
Рис. 6
График мощностного баланса автомобиля
Уравнение баланса мощности могут быть выражены через мощность двигателя Ne
:
Ne
– Nr
- Ny
- Nw
– Nj
= 0(17)
Или через мощность на колесах Nk
:
Nk
- Ny
- Nw
– Nj
= 0(18)
Где Nr
– мощность, теряемая в трансмиссии;
Ny
, Nw
– мощность, расходуемая на преодоление соответственно суммарных дорожных сопротивлений и сопротивление воздуха;
Nj
– мощность, используемая для разгона.
Вначале вычислим мощность на ведущих колесах Nk
. Эту величину определяют через мощность Ne
(см. табл. 1), рассчитываемую на коленчатом валу двигателя, с учетом потерь в трансмиссии
Nk
=Ne
·h(19)
Значение мощностей Ny
и Nw
– рассчитывают с использованием величин Py
и Pw
, взятых из табл. 2 для высшей передачи с целью обеспечения всего диапазона скоростей движения автомобиля:
(20)
(21)
Полученные значения величин Ny
и Nw
суммируют.
Данные расчетов сводим в таблице 6, и по ним строят график мощностного баланса автомобиля (рис. 7).
Мощности Nr
и Nj
определяются на графике как разности Nr
= Ne
– Nk
; Nj
= Nk
– (Ny
- Nw
).
Рис. 7
Анализ тягово-скоростных свойств автомобиля
Из внешней скоростной характеристики двигателя определим значения максимального крутящего момента Memax
, частоту вращения коленчатого вала при максимальном крутящем моменте nм
и момент при максимальной мощности MN
. Полученные значения Memax
и nм
сравнением с реальными данными. По значениям Memax
и MN
можно вычислить коэффициент приспосабливаемости двигателя.
(22)
Для двигателя автомобиля AUDIA8 значение Memax
=280 Н.м.
Nм
=3200 об/мин;
При y = 0,02 максимальная скорость автомобиля без ограничителя частоты вращения составляет 237 км/ч.
По динамической характеристике автомобиля для каждой передачи определим максимальное сопротивление ymax
, которое может преодолеть автомобиль, критическую скорость Vкр
и максимально преодолеваемый продольный угол дороги imaxi
при коэффициенте сопротивления качению f
= 0,10 (грунтовая дорога после дождя).
Максимальный преодолеваемый дорожный уклон дороги:
imaxi
= ymaxi
– f
(23)
Для автомобиляAUDIA8 перечисленные параметры составляют:
Vmax
=237 км/ч.;
ymax1
=Dmax1
=0,49;
ymax2
=Dmax2
=0,27;
ymax3
=Dmax3
=0,18;
ymax4
=Dmax4
=0,12;
ymax5
=Dmax5
=0,1;
Imax1
=0, 49– 0,10 = 0.39 = 39%Imax5
= 0,1– 0,10 = 0 = 0%;
Imax2
=– 0, 27 - 0.10 = 0.17 = 17%;
Imax
3
= 0, 18 – 0,10 = 0,08 = 8%;
Imax
4
= 0, 12– 0,10 = 0.02 = 2%;
По графику ускорений определяются максимальное ускорение jmax
для каждой передачи и оптимальные скорости перехода с одной передачи на другую на данной дороге.
С помощью графиков времени и пути разгона для принятого дорожного сопротивления определяют соответственно время и путь разгона автомобиля до скорости 100 км/ч.
В данной работе эти параметры составляют:
Jmax
1
= 3.05 м/с2
;
Jmax
1
= 2.08 м/с2
;
Jmax
1
= 1,4м/с2
;
Jmax
1
= 0,95 м/с2
;
Jmax
1
= 0,75 м/с2
;
Vпер1-2
= 58км/ч;
Vпер
2
-
3
= 104 км/ч;
Vпер3-4
= 156 км/ч;
Vпер4-5
= 216 км/ч;
Вывод
В данной работе мы провели анализ тягово-скоростных свойств автомобиляAUDI
A
8
для дороги с коэффициентом суммарного дорожного сопротивления y = 0,02. Были построены графики внешней скоростной характеристики, силового баланса, ускорений, мощностного баланса, а также графики времени и пути разгона автомобиля.
Основные полученные данные расчета:
Vmax
=237 км/ч;
T100
= 13 с
S100
=183 м