Расчет эксплуатационных свойств автомобилей УАЗ 3741 и Volkswagen Transporter T4

Курсовая работа

"Расчет эксплуатационных свойств автомобилей УАЗ 3741 и Volkswagen Transporter T4"

Введение.

Цель работы: исследовать эксплуатационные свойства отечественного автомобиля УАЗ 3741 и его зарубежного аналога Volkswagen Transporter T4. Произвести расчет тягово-скоростных и тормозных свойств автомобилей, выполнить сравнительный анализ, построить графики и изобразить кинематические схемы, сделать выводы.

1. Перечень конструктивных параметров

Таблица 1

Характеристики	Обозначения	УАЗ 3741	Volkswagen Transporter T4
Снаряженная масса, кг	mc	1720	1855
Полная масса, кг	ma	2720 1290 1430	2640 1230 1410
Габаритная высота, мм	Нг	2100	1940
Габаритная ширина, мм	Вг	1940	1840
База автомобиля, мм	L	2300	2920
Мощность двигателя, кВт	Nmax	56	57
Рабочий объем двигателя, куб. см		2445	2370
Частота оборотов, об/мин	n	4000	3700
Количество передач	l	4	5
Передаточные числа
1	i кп	4,12	3,77
2		2,64	2,26
3		1,58	1,63
4		1,00	1,29
5		-	1,00
з/х		5,22	4,92
Передат. число главной передачи	i гп	4,11	3,84
Передат. число раздаточной коробки	i рк	1,00 1,47	1,00 1,35
Маркировка шин	225/75 R16	205/65 R15

2. Кинематическая схема трансмиссии

1 – двигатель

2 – сцепление

3 – коробка передач

4 – раздаточная коробка

5 – главная передача и дифференциал

6 – полуоси

7 – карданная передача

1 – первичный вал

Промежуточный вал

3 – вторичный вал

4, 5 – шестерни постоянного зацепления

6, 7, 8, 9, 10 – ведущие шестерни

11, 12, 13, 14, 15 – ведомые шестерни

16 – промежуточная шестерня заднего хода

17, 18 – ведущая, ведомая шестерня привода спидометра

19 – ведущий фланец вторичного вала

ЗМ – зубчатая муфта

М1кп
– крутящий момент на первичном валу

М2кп
– крутящий момент на вторичном валу

3. Расчет тягово-скоростных свойств автомобилей, построение внешне скоростной характеристики

Тягово-скоростными свойствами автомобиля называется совокупность свойств определяющие возможные (по характеристикам двигателя или сцепления колес с дорогой) диапазоны изменения скоростей движения и предельной интенсивности разгона автомобиля при работе его в тяговом режиме в различных дорожных условиях. Тяговым считается режим, при котором от двигателя к ведущим колесам подводится мощность достаточная для преодоления сопротивлений движения и осуществления разгона или устойчивого движения.

Внешней скоростной характеристикой называется зависимость мощности, экономических параметров от частоты вращения коленчатого вала при полной подаче топлива.

Расчетные формы:

1. Эффективная угловая скорость вращения коленчатого вала:

, рад/с, где ne
– эффективная частота вращения коленчатого вала (об/мин)

2. Эффективная мощность (формула Лейдермана):

, кВт,

где Nmax
– максимальная мощность двигателя (кВт),

a
,
b
,
c
-коэффициенты, зависящие от типа двигателя;

для карбюраторных двигателей a
=
b
=
c
=1

w
e
-угловая скорость вращения коленчатого вала, при максимальной мощности двигателя (рад/с)

3. Эффективный крутящий момент двигателя:

, кН×м

По исходным данным и используя эти формулы строим таблицу внешне скоростной характеристики для отечественного автомобиля УАЗ 3741 и его зарубежного Volkswagen Transporter T4

Пример расчета для автомобиля УАЗ 3741

рад/с

Ne
=56*(1*1000/4000+1*(1000/4000)2
+1*(1000/4000)3
)=16,625
кВт,

Me
=16,625*1000/104,667=158,8376
Нм

Таблица 2. Внешне скоростная характеристика двигателей автомобилей УАЗ 3741 и Volkswagen Transporter T4

УАЗ 3741		Volkswagen Transporter T4
nе , об/мин	w e , рад/с	Ne , кВт	Me , Нм	Ne , кВт	Me , Нм
1000	104,6667	16,625	158,8376	18,443725	176,2139
1500	157	25,92188	165,1075	28,678361	182,6647
2000	209,3333	35	167,1975	38,462875	183,7398
2500	261,6667	43,20313	165,1075	46,95329	179,4393
3000	314	49,875	158,8376	53,305628	169,7631
3700	387,2667	55,39363	143,0374	57	147,1854
4000	418,6667	56	133,758	56,220165	134,2838

Вывод: из построенных графиков внешней скоростной характеристики видно, что при одинаковых оборотах коленчатого вала, двигатель Volkswagen Transporter T4 развивает большую эффективную мощность и эффективный крутящий момент, чем УАЗ 3741 на первой и второй передачах.

4. Расчет и построение графиков силовых и мощностных балансов для автомобилей УАЗ 3741 и
Volkswagen
Transporter
T
4

С помощью уравнений силового и мощностного баланса можно находить все параметры, характеризующие тягово-скоростные свойства автомобиля. Эти уравнения являются дифференциальными уравнениями первого порядка.

Уравнение силового баланса выглядит следующим образом:

Р
T
=Рв
+Рд
+Ри
,

где Р
T
– тяговое усилие, кН;

Рв
– сила сопротивления воздуха, кН;

Рд
– сила сопротивления дороги, кН;

Ри
–
сила сопротивления разгону автомобиля, кН.

Правая часть уравнения характеризует действие на автомобиль того или иного фактора или факторов окружающей среды или самого автомобиля, препятствующего (препятствующих) движению автомобиля, а сила, находящаяся в левой части является силой обеспечивающей движениё автомобиля:

, кН

где Ме
–
крутящий момент, Н×м;

h
тр
–
КПД трансмиссии;h
тр
=0,9

r
д
– динамический радиус колеса, м;

i
тр
– передаточное число трансмиссии.

i
тр
=
i
кп
×
i
гп
×
i
рк

Динамический радиус колеса можно считать примерно равным статическому радиусу колеса, который определяется по формуле:

r
ст
=
r
д
=0,5
×
d
+
D
×
B
×
l
c
м
, м,

где d
– посадочный диаметр обода колеса, мм;

D
=Н/В
, где Н и В-высота и ширина профиля шины, мм;

B
–
ширина профиля шины, мм;

l
c
м
– коэффициент, учитывающий смятие шины под нагрузкой

принимаем l
c
м
=
0,84;

Расчет для автомобиля УАЗ 3741 с маркировкой шин 225/75R16

r
д
=
0,5×
16×
25,4+0,7×
225×
0,84= 335,5 мм

r
д
=
335,5 мм = 0,336 м

Р
т
=
158,8376*0,9*4,12*4,11*1,47*10-3
/0,336=10,59
кН;

Расчет для автомобиля Volkswagen Transporter T4 с маркировкой шин 205/65 R15

r
д
=
0,5×
15×
25,4+0,7×
205×
0,84=311,04 мм

r
д
=
311,04 мм =0,311 м.

Р
т
=
176,2139*0,9*3,77*3,84*1,35*10-3
/0,311=9,97
кН;

Силу сопротивления воздуха можно рассчитать по следующей формуле:

, кН,

где Va
– скорость движения автомобиля, м/с:

, м/с

Расчет для автомобиля УАЗ 3741

Va
=
104,6667*0,336/4,12*4,11*1,47=1,41 м/с;

Расчет для автомобиля Volkswagen Transporter T4

Va
=
104,6667*0,311/3,77*3,84*1,35=1,67 м/с;

W
– фактор обтекаемости, который определяется по формуле:

где – коэффициент обтекаемости, показывающий зависимость силы сопротивления воздуха от формы и качества покрытия формы,;

=0,15–0,3 для легкового автомобиля, примем =0,225

– лобовая площадь автомобиля, которая определяется по формуле:

где– коэффициент формы, =0,78;

– габаритная ширина автомобиля;

– габаритная высота автомобиля.

Расчет для автомобиля УАЗ 3741

=0,78×1,940×2,100=3,178м2
; W=
0,225×3,178=0,715;

Р
в
=0,715×2,07692
×10-3
=0,0031 кН;

Расчет для автомобиля Volkswagen Transporter T4

=0,78×1,840×1,940=2,784м2
; W=
0,225×2,784=0,626;

Р
в
=0,626×2,24852
×10-3
=0,0032 кН;

Силу сопротивления дороги для автомобиля можно рассчитать по формуле:

, кН

где– масса автомобиля, H;

- суммарный коэффициент сопротивления дороги.

=0,15

Расчет для автомобиля
УАЗ 3741

Рд
=2720×9,8×0,15×10-3
=3,998 кН

Расчет для автомобиля Volkswagen Transporter T4

Рд
=2640×9,8×0,15×10-3
=3,881 кН

Сила сопротивления разгону не рассчитывается, так как автомобиль двигается равномерно.

Таблица 3. Силовой баланс автомобилей УАЗ 3741 и Volkswagen Transporter T4

УАЗ 3741				Volkswagen Transporter T4
V	P Т	Рв	Рв+ Рд	V	P Т	Рв	Рв+ Рд
м/с	кН	кН	кН	м/с	кН	кН	кН
Первая передача
1,4128	10,5904	0,0014	3,9994	1,6656	9,9662	0,0017	3,8827
2,1193	11,0085	0,0032	4,0012	2,4984	10,3310	0,0039	3,8849
2,8257	11,1478	0,0057	4,0037	3,3311	10,3918	0,0069	3,8879
3,5321	11,0085	0,0089	4,0069	4,1639	10,1486	0,0109	3,8919
4,2385	10,5904	0,0128	4,0108	4,9967	9,6013	0,0156	3,8966
5,2275	9,5369	0,0195	4,0175	6,1626	8,3244	0,0238	3,9048
5,6513	8,9182	0,0228	4,0208	6,6623	7,5947	0,0278	3,9088
Вторая передача
2,2049	6,7861	0,0035	4,0015	2,7784	5,974	0,0048	3,8858
3,3073	7,0540	0,0078	4,0058	4,1676	6,193	0,0109	3,8919
4,4098	7,1433	0,0139	4,0119	5,5568	6,230	0,0193	3,9003
5,5122	7,0540	0,0217	4,0197	6,9460	6,084	0,0302	3,9112
6,6146	6,7861	0,0313	4,0293	8,3352	5,756	0,0435	3,9245
8,1580	6,1111	0,0476	4,0456	10,2801	4,990	0,0662	3,9472
8,8195	5,7146	0,0556	4,0536	11,1136	4,553	0,0773	3,9583
Третья передача
3,6841	4,0614	0,0097	4,0077	3,8523	4,3090	0,0093	3,8903
5,5262	4,2217	0,0218	4,0198	5,7784	4,4667	0,0209	3,9019
7,3682	4,2751	0,0388	4,0368	7,7045	4,4930	0,0372	3,9182
9,2103	4,2217	0,0607	4,0587	9,6307	4,3879	0,0581	3,9391
11,0523	4,0614	0,0873	4,0853	11,5568	4,1512	0,0836	3,9646
13,6312	3,6574	0,1329	4,1309	14,2534	3,5991	0,1272	4,0082
14,7364	3,4201	0,1553	4,1533	15,4091	3,2837	0,1486	4,0296
Четвертая передача
5,8209	2,5705	0,0242	4,0222	4,8676	3,4102	0,0148	3,8958
8,7313	2,6720	0,0545	4,0525	7,3014	3,5350	0,0334	3,9144
11,6418	2,7058	0,0969	4,0949	9,7352	3,5558	0,0593	3,9403
14,5522	2,6720	0,1514	4,1494	12,1690	3,4726	0,0927	3,9737
17,4626	2,5705	0,2180	4,2160	14,6028	3,2853	0,1335	4,0145
21,5372	2,3148	0,3317	4,3297	18,0101	2,8484	0,2031	4,0841
23,2835	2,1646	0,3876	4,3856	19,4704	2,5987	0,2373	4,1183
Пятая передача
-	-	-	-	6,2792	2,6435	0,0247	3,9057
-	-	-	-	9,4188	2,7403	0,0555	3,9365
-	-	-	-	12,5584	2,7565	0,0987	3,9797
-	-	-	-	15,6980	2,6919	0,1543	4,0353
-	-	-	-	18,8376	2,5468	0,2221	4,1031
-	-	-	-	23,2330	2,2081	0,3379	4,2189
-	-	-	-	25,1168	2,0145	0,3949	4,2759

Графическое изображение сил, входящих в уравнение силового баланса (в зависимости от скорости движения), называют графиком силового баланса.

График силового баланса представляет собой зависимость величины максимальной тяговой силы на известной передаче от скорости движения автомобиля на этой же передаче. Построение графика производится для всех передач, предназначенных для движения автомобиля вперёд.

Вывод:
по графику силового баланса можно определить, что при данных условиях движение автомобилей по дороге V категории с коэффициентом сопротивления y=0,15 возможно на первой и второй передаче.

Автомобиль Volkswagen Transporter T4 развивает большую тяговую силу, чем УАЗ 3741.

Максимальная скорость, которую развивают автомобили на второй передаче

для Volkswagen Transporter T4 Vmax
= 12,1

для УАЗ 3741 Vmax
= 11,3

Зная уравнение силового баланса, мы можем определить тягово-скоростные свойства автомобиля из условий, что тяговая мощность, подведенная к ведущим колесам, равна сумме мощностей, расходуемых на преодоление сил сопротивления движению.

Уравнение мощностного баланса выглядит следующим образом:

,

где – тяговая мощность, кВт;

N
д
– мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления воздуха, кВт;

N
в
– мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления дороги, кВт;

N
и
– мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления разгону, кВт.

=РТ
×
Va

N
д
=
Рд
×
Va

N
и
не рассчитываем ввиду равномерности движения.

Расчет для автомобиля УАЗ 3741

=10,59
× 1,41 =14,9628кВТ;

N
д
=
3,998×
1,41=5,64 кВТ;

N
в
=
0,0014×
1,41=0,00197 кВТ.

Графическое изображение зависимостей от скорости движения мощностей, входящих в уравнение мощностного баланса называют графиком мощностного баланса

График мощностного баланса представляет собой зависимость тяговой мощности полученной на колёсном движителе от двигателя автомобиля от скорости движения автомобиля с учётом включённой передачи. Для анализа условий возможности движения автомобилей по величине располагаемой мощности на графике откладывается также суммарная мощность сопротивления движению, представляющая собой сумму мощности сопротивлению качению автомобильного колеса и мощности аэродинамического сопротивления автомобиля.

Таблица 4. Мощностной баланс автомобилей УАЗ 3741 и Volkswagen Transporter T4

УАЗ 3741					Volkswagen Transporter T4
V		N в	N д	N в + N д	V			N в	N д	N в + N д
м/с	кВт	кВт	кВт	кВт	м/с		кВт	кВт	кВт	кВт
Первая передача
1,4128	14,9625	0,0020	5,6485	5,6505	1,6656	16,5994		0,0029	6,4641	6,4670
2,1193	23,3297	0,0068	8,4728	8,4796	2,4984	25,8105		0,0098	9,6961	9,7059
2,8257	31,5000	0,0161	11,2970	11,3132	3,3311	34,6166		0,0231	12,9281	12,9513
3,5321	38,8828	0,0315	14,1213	14,1528	4,1639	42,2580		0,0452	16,1602	16,2054
4,2385	44,8875	0,0544	16,9455	17,0000	4,9967	47,9751		0,0781	19,3922	19,4703
5,2275	49,8543	0,1021	20,8995	21,0016	6,1626	51,3000		0,1465	23,9171	24,0636
5,6513	50,4000	0,1291	22,5940	22,7231	6,6623	50,5981		0,1851	25,8563	26,0414
Вторая передача
2,2049	14,9625	0,0077	8,8151	8,8228	2,7784	16,5994		0,0077	8,8151	10,7964
3,3073	23,3297	0,0259	13,2227	13,2485	4,1676	25,8105		0,0259	13,2227	16,2198
4,4098	31,5000	0,0613	17,6302	17,6915	5,5568	34,6166		0,0613	17,6302	21,6734
5,5122	38,8828	0,1198	22,0378	22,1575	6,9460	42,2580		0,1198	22,0378	27,1672
6,6146	44,8875	0,2069	26,4453	26,6522	8,3352	47,9751		0,2069	26,4453	32,7115
8,1580	49,8543	0,3882	32,6159	33,0041	10,2801	51,3000		0,3882	32,6159	40,5771
8,8195	50,4000	0,4905	35,2604	35,7509	11,1136	50,5981		0,4905	35,2604	43,9912

Вывод:
по графику мощностного баланса можно определить, что Volkswagen Transporter T4 развивает большую тяговую мощность, чем УАЗ 3741, и запас мощности у зарубежного автомобиля больше, чем у отечественного.

Максимальная скорость, которую развивают автомобили на четвертой передаче, при заданных условиях движения и на данном участке дороги с коэффициентом сопротивления дороги y=0,15 равна

для Volkswagen Transporter T4 Vmax
= 13,1 м/с;

для УАЗ 3741 Vmax
= 11,3 м/с.

5. Расчет и построение графиков динамического паспорта для автомобилей УАЗ 3741 и
Volkswagen
Transporter
T
4

Тяговая характеристика недостаточно удобна для сравнительной оценки тяговых свойств автомобилей, обладающих различной массой, так как при одинаковых значениях тяговой силы Pт они будут иметь на одной и той же дороге различные максимальные значения скоростей, различные ускорения, преодолевать неодинаковые предельные подъемы и т.д.

Поэтому для сравнительной оценки тяговых свойств автомобилей, имеющих различный вес, более удобно пользоваться безразмерной величиной, представляющей собой отношение разницы тяговой силы и силы сопротивления воздуха к силе тяжести, действующий на автомобиль, – динамическим фактором – D
, который определяется по формуле:

где РТ

– сила тяги автомобиля, кН;

– сила сопротивления воздуха, кН;

– масса автомобиля, кг.

где mc
-снаряженная масса автомобиля, кг.

Динамический фактор автомобиля является важной характеристикой режима движения, обеспечивающей возможность сравнения различных конструкций автомобилей. Он характеризует максимальное преодолеваемое автомобилем дорожное сопротивление на всех передачах, минимальную устойчивую скорость движения на высших передачах.

Расчёт динамического фактора в курсовой работе осуществляется на основании данных, полученных при решении уравнения силового баланса при помощи подстановки полученных значений в это уравнение.

Расчет для автомобиля УАЗ 3741

Da
=(10,59–0,0014)/ 2720
×
9,8
×
10-3
=0,74

D’
=(1720
×
9,8/2720
×
9,8)
×
0,74=0,5

Таблица 5

УАЗ 3741			Volkswagen Transporter T4
V , м/с	Da	D’	V , м/с	Da		D’
Первая передача
1,4128	0,7401	0,5044	1,6656		0,6518	0,4032
2,1193	0,7692	0,5242	2,4984		0,6755	0,4179
2,8257	0,7787	0,5307	3,3311		0,6793	0,4202
3,5321	0,7688	0,5239	4,1639		0,6631	0,4102
4,2385	0,7393	0,5038	4, 9967		0,6270	0,3879
5,2275	0,6652	0,4533	6,1626		0,5430	0,3359
5,6513	0,6217	0,4237	6,6623		0,4950	0,3062

Вторая передача
2,2049	0,4740	0,3231	2,7784	0,3905	0,2415
3,3073	0,4925	0,3356	4,1676	0,4044	0,2501
4,4098	0,4983	0,3396	5,5568	0,4062	0,2513
5,5122	0,4915	0,3350	6,9460	0,3960	0,2449
6,6146	0,4721	0,3217	8,3352	0,3736	0,2311
8,1580	0,4238	0,2888	10,2801	0,3221	0,1992
8,8195	0,3955	0,2695	11,1136	0,2927	0,1811

Вывод:
По графику динамического паспорта можно определить, что автомобиль

УАЗ 3741 имеет более высокую проходимость при заданных дорожных условиях чем Volkswagen Transporter T4. Так же можно определить максимально развиваемую скорость автомобилей. Из графика видно, что она равна:

УАЗ 3741: Vamax
=11.4 м/с

Volkswagen Transporter T4: Vamax
=13,2 м/с

6. Расчет и построение графиков ускорений, времени и путей разгона на различных передачах для автомобилей УАЗ 3741 и Volkswagen Transporter T4

В теории эксплуатационных свойств автомобиля важное место занимает изучение свойств автомобиля, связанных с его способностью быстро достигать необходимой скорости движения, т.е. быстро разгоняться. Таким свойством является приемистость. Под приемистостью автомобиля понимают его способность быстро увеличивать скорость движения. При изучении разгонной динамики автомобиля важное место уделяют расчету разгонных параметров автомобиля, которыми являются: максимально возможное ускорение, время и путь разгона.

Максимально возможное ускорение jmax
можно определить по уравнению:

,

где – динамический фактор,

–коэффициент сопротивления дороги,

– коэффициент учета вращающихся масс, который определяется по формуле:

где i
кп
– передаточное число коробки передач;

– коэффициент учета вращающихся масс двигателя и деталей трансмиссии, примем =0,05;

– коэффициент учета вращающихся масс колес, примем =0,04.

Расчет для автомобиля УАЗ 3741

=1+0,05×
4,122
+0,04=1,889

j
=9,8
×
(0,5033 – 0,15)/1,889=1,8329
м/с2

Таблица 6

УАЗ 3741		Volkswagen Transporter T4
V , м/с	i , м/с2	V , м/с	i , м/с2
Первая передача
1,4128	3,0617	1,6656	2,8089
2,1193	3,2127	2,4984	2,9417
2,8257	3,2623	3,3311	2,9629
3,5321	3,2106	4,1639	2,8724
4,2385	3,0576	4,9967	2,6703
5,2275	2,6731	6,1626	2,1997
5,6513	2,4476	6,6623	1,9311
Вторая передача
2,2049	2,2871	2,7784	1,7102
3,3073	2,4171	4,1676	1,8091
4,4098	2,4582	5,5568	1,8222
5,5122	2,4103	6,9460	1,7493
6,6146	2,2734	8,3352	1,5905
8,1580	1,9324	10,2801	1,2238
8,8195	1,7328	11,1136	1,0152

Вывод:
По графику ускорения можно определить, что автомобиль УАЗ 3741 на первой, второй передачах развивает большее ускорение, чем Volkswagen Transporter T4.

Максимальное ускорение, развиваемое автомобилями при заданных условиях движения:

на первой передаче

УАЗ 3741 i
=
3,2623 м/с2
;

Volkswagen Transporter T4 i=
2,9629 м
/
с
2
;

на второй передаче

УАЗ 3741 i
=
2,4582 м/с2
;

Volkswagen Transporter T4 i=
1,8222 м
/
с
2
;

на третьей передаче

УАЗ 3741 i
=
1,2290 м/с2
;

Volkswagen Transporter T4 i=
1,1820 м
/
с
2
;

на четвертой передаче

УАЗ 3741 i
=
0,2961 м/с2
;

Volkswagen Transporter T4 i=
0,6897 м
/
с
2
.

Более удобными и наглядными оценочными показателями приемистости являются время и путь разгона автомобиля в заданном интервале скоростей. Эти показатели могут быть определены опытным или расчетным путем.

Для теоретического определения t и предложено несколько графоаналитических методов. Наиболее известны методы Е.А. Чудакова и Н.А. Яковлева. Последний состоит в том, что расчетный интервал скоростей разбивают на мелкие участки, для каждого из которых считают среднее ускорение

,

где j
1
и j
2
–ускорение в начале и конце участка.

Для каждого участка можно записать

где V1
и V2
– скорости соответственно в начале и конце участка;

Dt – время, за которое скорость увеличивается от V1
до V2
.

Определяя из этого равенства Dt получим Dt=(V2
-V1
)/ j
ср.

Путь за время при равноускоренном движении на каждом участке

DS= V1
Dt+0,5 j
ср
Dt2
= Vcp
Dt,

Vcp
=
0,5 (V2
+V1
) – средняя скорость на интервале.

Полный путь разгона от скорости V1
до скорости V2

Sp
=S1
+S2
+Sn

Принимая на каждом участке j
=
const
, мы допускаем погрешность, которая будет тем меньше, чем меньше DV
.

Этим методом можно пользоваться для подсчета t и как на одной, так и на нескольких передачах с переходом от любой низшей передачи к любой высшей. В последнем случае необходимо знать, при каких скоростях происходят переключения.

Во время переключения передача мощности к колесам прекращается, скорость автомобиля снижается. Время переключения зависит как от конструктивных особенностей автомобиля, так и от квалификации водителя. Высококвалифицированный водитель тратит на переключение при карбюраторном двигателе 1…2 с.

Значение падения скорости DVn
за время переключения передачи зависит от типа дороги, скорости движения автомобиля и параметров обтекаемости. Определить можноDVn
из уравнения силового баланса, считая, что за время переключения Р
T
=0.

Расчет для автомобиля УАЗ 3741.

на первой передаче:

V1
=1,4 м/с
; V2
=2,45 м/с;

j
1
=3,06 м/с2
; j
2
=3,25 м/с2
;

jср
=(3,06+3,25)/2=1,92 м/с2

Dt=(2,45
–1,4
)/ 1,92=0,55 с

DS =1,92
×
0,55=0,64
м

УАЗ 3741					Volkswagen Transporter T4
Vn	Vn+1	jcp	Dt	DS	Vn	Vn+1	jcp	Dt	DS
Первая передача
1,4	2,45	3,15500	0,33281	0,64065	1,6	2,9	1,92000	0,67708	1,52344
2,45	3,5	3,22500	0,32558	0,96860	2,9	4,1	1,93500	0,62016	2,17054
3,5	4,55	3,05000	0,34426	1,38566	4,1	5,3	1,76500	0,67989	3,19547
4,55	5,65	2,65000	0,41509	2,11698	5,3	6,6	1,41500	0,91873	5,46643
Вторая передача
2,2	3,8	2,3250	0,6882	2,0645	2,7	4,8	1,7500	1,2000	4,5000
3,8	5,4	2,4000	0,6667	3,0667	4,8	6,9	1,7500	1,2000	7,0200
5,4	7,1	2,2250	0,7640	4,7753	6,9	9	1,5750	1,3333	10,6000
7,1	8,8	1,9000	0,8947	7,1132	9	11,1	1,2250	1,7143	17,2286

7. Определение предельных углов подъема автомобиля и проверка их на условие буксования

Предельный преодолеваемый автомобилем подъем оказывает существенное влияние на условия эксплуатации АТС. Преодолеваемый подъём зависит как от характеристик покрытия дороги, по которой осуществляется движение автомобиля, так и от характеристик самого автомобиля. Величина максимального преодолеваемого автомобилем подъёма может быть определенна по следующей формуле:

Предельный угол подъема определяется по формуле:

,

где a
– предельный угол преодолеваемого подъёма, град;

– максимальная тяговая сила, Н;

Ga
– полный вес автомобиля;

fa
– усредненный коэффициент сопротивления качению с учетом дополнительных сил сопротивления движению.

fp
- коэффициент сопротивления качения на ровной дороге fp
=
0,005;

l
–
коэффициент, зависящий от ходовой части автомобиля, для легкового автомобиля l
=
4;

Sn
– коэффициент ровности покрытия, примем Sn
=50.

Вычисления по данной формуле проводится без учета действия на автомобиль силы аэродинамического сопротивления, поскольку при преодолении максимально возможных подъемов скорость движения автомобиля не велика. Предельный угол подъема определяется для автомобиля при их движении по автомобильной дороге с заданным состоянием дорожного покрытия.

Расчет для автомобиля УАЗ 3741

Ga
=2720×9,8=26,656кН; =11,15 кН; fa
=
0,005+1,3×10-7
×4×50×12,45=0,005324

a
=arct
g
(11,15/26,656–0,005324)= 0,4130 = 22 градусов 24 минут

Расчет для автомобиля Volkswagen Transporter T4

Ga
=2640×9,8=25,872 кН; =10,39 кН; fa
=
0,005+1,3×10-7
×4×50×13,05=0,005339

a
= arctg
(10,39/25,872–0,005339)= 0,3963 = 21 градусов 37 минут

Проверим теперь возможность преодоления этого подъема при коэффициенте продольного сцепления. При этом величина тяговой силы будет определяться не только параметрами двигателя и трансмиссии, но и дорожными условиями. Для вычисления максимального угла подъема по условиям буксирования вычислим предельный динамический фактор по условиям сцепления по формуле:

;

где D
сц
– динамический фактор по сцеплению;

а
– расстояние от центра масс до задней оси автомобиля, мм;

hg
– высота центра тяжести, мм;

L
-колесная база автомобиля;

j
x
-коэффициент продольного сцепления колеса;

α - предельный угол преодолеваемого подъема.

У автомобилей с полной нагрузкой ,

Расстояние от центра масс до задней оси автомобиля определяется по формуле:

,

где m
2
-вес автомобиля, приходящийся на заднюю ось;

ma
– полный вес автомобиля.

Возможность движения при буксовании определяется предельным углом по сцеплению, который определяется по формуле:

Расчет для автомобиля УАЗ 3741

α = 21 градусов 37 минут

cos α=0,9245

α=1400/2720×2300=1184 см

D
сц
=
1184×0,35×0,9245/(2300–700×(0,35+0,005324))=0,187

β═arctgc
ц.
max
(0,187–0,005324)= arctgc
ц.
max
0,1815= 10 градусов 16 минут

Расчет для автомобиля Volkswagen Transporter T4

α =16 градусов 18 минут

cos α=0,9298

α=1410/2640×2920=1560 см

D
сц
=
1560×0,35×0,9298/(2920–647×(0,35+0,005339))=0,189

β═arctgc
ц.
max
(0,189–0,005339)= arctgc
ц.
max
0,1834= 10 градусов 24 минуты

Расчет предельных углов подъемов автомобиля позволяет сделать вывод, что величина этих углов зависит, прежде всего, от трех факторов: массы автомобиля, величины тяговой силы и величины коэффициента сопротивления качению колеса, причем для легковых автомобилей наибольшее влияние оказывает первые два фактора. При ограничении тяговых свойств по сцеплению на максимальный угол подъема накладывается ограничение, связанное с неполной реализацией тяговой силы по причине буксования ведущих колес.

Проверим автомобиль на буксование при данных условиях, ψ=0,095

Т.к. D
сц
≥ψ, условие выполняется, следовательно автомобили двигаются без буксования.

8. Вывод по тягово-скоростным свойствам

По графику силового баланса можно определить, что при данных условиях движение автомобилей по дороге V категории с коэффициентом сопротивления y=0,15 возможно на первой и второй передаче.

Автомобиль УАЗ 3741 развивает большую тяговую силу, чем Volkswagen Transporter T4. Максимальная скорость, которую развивают автомобили на первой и второй передаче

для Volkswagen Transporter T4 Vmax
= 12,1 м/с;

для УАЗ 3741 Vmax
= 11,3 м/с.

По графику мощностного баланса можно определить, что Volkswagen Transporter T4 развивает большую тяговую мощность, чем УАЗ 3741, и запас мощности у зарубежного автомобиля больше, чем у отечественного.

Максимальная скорость, которую развивают автомобили на первой и второй передаче, при заданных условиях движения и на данном участке дороги с коэффициентом сопротивления дороги y=0,15, равна

для Volkswagen Transporter T4 Vmax
= 13,1 м/с;

для УАЗ 3741 Vmax
= 11,3 м/с.

По графику динамического паспорта можно определить, что автомобиль

УАЗ 3741 имеет более высокую проходимость при заданных дорожных условиях на первой второй передачах, чем Volkswagen Transporter T4. Так же можно определить максимально развиваемую скорость автомобилей. Из графика видно, что она равна:

УАЗ 3741: Vamax
=11.4 м/с

Volkswagen Transporter T4: Vamax
=13,2 м/с

По графику ускорения можно определить, что автомобиль УАЗ 3741 на первой и второй передачах развивает большее ускорение, чем Volkswagen Transporter T4.

9. Кинематическая схема рабочей тормозной системы автомобиля

1-бачок тормозной жидкости;

2-поплавок;

3-сигнализатор снижения уровня тормозной жидкости;

4-подпиточные шланги;

5-главный тормозной цилиндр;

6-вакуумный усилитель;

7-впускной коллектор ДВС;

8 - клапан-распределитель;

9-тормозная педаль;

10-регулятор тормозных сил;

11-тойник;

12 – передние дисковые тормозные механизмы;

13-задние барабанные тормозные механизмы;

14-вентель для удаления воздуха из системы;

А, В - атмосферная и вакуумная полости вакуумного усилителя;

Р – разряжение во впускном коллекторе ДВС;

I, II – первичный и вторичный контур рабочей системы ТС.

10. Расчет тормозных свойств

Тормозные свойства – совокупность свойств, определяющих максимальное замедление автомобиля при его движении на дорогах в тормозном режиме, предельные значения внешних сил, при действии которых заторможенный автомобиль надежно удерживается на месте или имеет необходимые минимальные установившиеся скорости при движении под уклон.

Тормозные свойства характеризуют способность автомобиля обеспечивать необходимый темп снижения его скорости, а также удерживать его на уклоне, это достигается применением на автомобиле тормозных систем.

Тормозной диаграммой автомобиля называется зависимость скорости от замедления. Начало координат соответствует моменту нажатия на тормозную педаль (начало торможения).

Время реакции tр
водителя для нормальных условий равно 0,2–1,5 с. Примем tр
=0,5 с.

Время срабатывания тормозного привода tпр
для гидравлического привода равно

tпр
= 0,2 с.

Время нарастания замедления tз
. Примем tз
=0,5 с.

Время торможения автомобиля tт
. Для гидравлического привода 0,1–0,4 с. Примем 0,2 с.

Время от начала отпускания тормозной педали до возникновения зазоров между фрикционными элементами называется временем растормаживания tраст
.

Полное время торможения считается по формуле:

tпт
= tр
+ tпр
+ tз
+ tт

Тормозной путь считается по формуле:

Sт
=0,04 × Vа
× кэ
/jх

Vа –
начальная скорость при торможение, примем Vа
=30 км/ч;

кэ
=1, т. к. jх
≤0,4.

jх
=0,21

Рассчитаем тормозной путь при заданных условиях:

Vа	Sт
30,000	13,228
25,000	9,186
20,000	5,879
15,000	3,307
10,000	1,470
5,000	0,367
0,000	0

Вывод:
По построенной тормозной диаграмме можно определить, что важными факторами, которые влияют на время торможения, являются: тип автомобиля, квалификация и состояния водителя (трезвость, усталость), тип тормозного привода (гидравлический или пневматический), состояние тормозной системы, состояние дороги и дорожной ситуации.

Остановочным путь – это путь, проходимый автомобилем от момента, когда водителем была замечена опасность, до полной остановки автомобиля. Он равен сумме тормозного пути и пути, проходимого за время реакции водителя.

Тормозной путь определяется по следующей формуле:

,

,

где – время запаздывания, =0,2с;

– время нарастания замедления, =0,5c;

- время реакции водителя, =0,5с;

Vа
– скорость автомобиля, м/с.

Vа , Км/ч	S тор
	jх =0,2	jх =0,6
0	0	0
5	1,12	0,79
10	3,22	1,91
15	6,30	3,35
20	10,37	5,12
25	15,43	7,23
30	21,47	9,66

Vа , км/ч	S ост
	jх =0,2	jх =0,6
0	0	0
5	2,51	2,18
10	6,00	4,68
15	10,47	7,52
20	15,93	10,68
25	22,37	14,17
30	29,80	17,99

Вывод:
Из графика видно, что чем больше коэффициент сцепления тем меньше тормозной путь.

11. Вывод по тормозным свойствам автомобиля

Тормозные свойства автомобиля имеют важное значение для безопасности движения. На тормозные свойства влияют следующие факторы:

1) Коэффициент сцепления шин с дорогой.

Чем больше коэффициент сцепления тем меньше тормозной путь.

2) Скорость движения в начале торможения. Чем больше скорость торможения, тем больше время торможения.

3) Техническое состояние тормозной системы и тип тормозного привода.

4) Состояние водителя.

12. Топливно-экономические свойства автомобиля

Топливной экономичностью называют совокупность свойств определяющие расход топлива при выполнении автомобилем транспортной работы в различных условиях эксплуатации.

Эксплуатационный расход топлива характеризует топливо использование автомобилями в реальных условиях эксплуатации, т.е. потребление топлива автомобилями при их конкретном техническом состоянии и при конкретных условиях эксплуатации.

На эксплуатационный расход топлива помимо топливной экономичности существенное влияние оказывают техническое состояние узлов и агрегатов АТС, тип и состояние дорожного покрытия, атмосферные условия, квалификация водителя и его стиль вождения, тип и сложность маршрута, интенсивность движения, скоростные и нагрузочные режимы и т.п.

Основными оценочными показателями топливно-экономических свойств являются контрольный расход топлива, топливная характеристика установившегося движения Qn
=f(Va
) на дорогах с различным состоянием покрытия, зависимость удельного эффективного расхода топлива от степени использования мощности ge
=f(Va
) и зависимость удельной производительности автомобиля от скорости движения Wy
=f(Va
) на дорогах с различным состоянием покрытия.

Контрольный расход топлива это расход топлива в л/100 км при движении автомобиля полной массы с установившейся скоростью по ровной горизонтальной дороге с усовершенствованным покрытием. Скорость движения указывается в технической характеристике автомобиля.

Топливная характеристика установившегося движения – это зависимость путевого расхода топлива от скорости установившегося движения в заданных дорожных условиях. Для определения расхода топлива при установившемся движении можно воспользоваться уравнением расхода топлива.

где:

– путевой расход топлива, л/100 км;

– удельный эффективный расход топлива двигателем при номинальной мощности, г/кВт×ч.

Примем =1,1×
gemin
, для карбюраторных двигателей gemin
=
320 г./кВт×ч, =1,1×
320=352 г./кВт×ч;

– мощности, расходуемые соответственно на преодоление сопротивления дороги и воздуха;

– эмпирические коэффициенты, зависящие соответственно от степени использования мощности U и частоты вращения коленчатого вала двигателя , примем kU
=1,2, k
w
=1,8;

– скорость движения автомобиля, м/с;

– плотность топлива, ,=750;

– КПД трансмиссии.

Расчет для автомобиля УАЗ 3741 при V=6,4273 м/с и y1
=0,05, y2
=0,159, y3
=0,094

УАЗ 3741
V, м/с	y1 =0,05		y2 =0,159	y3 =0,094	y4 =0,15
3,5300	4,2563		13,5328	8,0009	12,7668
5,5100	4,2586		13,5351	8,0033	12,7692
9,2000	4,2626		13,5391	8,0072	12,7732
Volkswagen Transporter T4
V, м/с	y1 =0,05		y2 =0,159	y3 =0,094	y4 =0,15
4,1600	4,1312		7,7620	7,7657	12,3915
5,5100	4,1354		7,7662	7,7699	12,3957
9,2100	4,1398		7,7705	7,7743	12,4000

Расчет зависимости эффективного расхода топлива от степени использования мощности.

Удельный расход топлива определяется по формуле:

qe
=qN
*
ku
*
kw

где:

qN
– эффективный расход топлива при максимальной мощности двигателя, он определяется по формуле:

QN
=(1.05 – 1.1) qemin

ku
– коэффициент, учитывающий зависимость удельного расхода топлива от степени использования мощности.

U – степень использования мощности двигателя.

kw
– коэффициент, учитывающий зависимость путевого расхода топлива от числа оборотов коленвала.

Степенью использования мощности называется отношение степени мощности двигателя при некоторой частичной подачи топлива и заданным значением числа оборотов коленвала к мощности двигателя при той же частоте оборотов в коленвале, но при полной подачи топлива.

Определим параметры по заданию при n1
=0.5ni
, n2
=nI
, n3
=nN
. Примем U=20, 40, 60%

УАЗ 3741
nI	n1	n2	n3	n1 / nN	n2 / nN	n3 / nN	kw1	kw2	kw3	ku1	qe1	qe2	qe3
1000	500	1000	4000	0,125	0,25	1	0,45	0,35	0,15	2	316,8	246,4	105,6
1500	750	1500	4000	0,19	0,38	1	0,42	0,29	0,15	1,5	221,76	153,12	79,2
2000	1000	2000	4000	0,25	0,5	1	0,35	0,23	0,15	1,2	147,84	97,152	63,36
Volkswagen Transporter T4
1000	500	1000	3700	0,14	0,27	1	0,47	0,33	0,15	2	330,88	232,32	105,6
1500	750	1500	3700	0,2	0,41	1	0,4	0,26	0,15	1,5	211,2	137,28	79,2
2000	1000	2000	3700	0,27	0,54	1	0,33	0,2	0,15	1,2	139,39	84,48	63,36

Вывод: из расчетов видно, что при увеличение оборотов коленчатого вала удельный расход топлива значительно уменьшается, т. к. уменьшаются коэффициенты ku
и kw
.

Построение графика движения автомобиля

При построении данного графика движения указывается скорость, время прохождения каждого участка пути, нормированный расход топлива, который необходим для определения производительности с учетом топливной производительности.

При помощи этого графика определяется:

1) максимальная скорость;

2) расход топлива на единицу пройденного пути.

13. Вывод по топливно-экономическим свойствам автомобилей

Из расчетов видно, что при увеличение оборотов коленчатого вала удельный расход топлива значительно уменьшается, т. к. уменьшаются коэффициенты ku
и kw
.

14. Определение максимальной массы буксируемого прицепа с заданной скоростью с запасом динамического фактора DD=0,03

При равномерном движении автомобиля весь динамический фактор может быть израсходован на преодоление сопротивления дороги, т.е. можно принять, что.

Вес автоприцепа, способного к движению:

;

где – динамический фактор автомобиля, определённый по динамическому паспорту.

Данная нам скорость равна 90 км/ч. Но мы принимаем скорость равной максимальной скорости разгона автомобилей, т.е. 40 км/ч

Заданная скорость равна 40 км/ч= 11,1 м/с Da
УАЗ 3741
= 0,2777, Da
Volkswagen Transporter T4= 0,2665

УАЗ 3741: Мпр=(0,2777+0,03)*2720/0,2777=5658 кг;

Volkswagen Transporter T4: Мпр=(0,2665+0,3)*2640/0,2665=5612 кг.

Список литературы

1. Башкардин А.Г. Эксплуатационные свойства автомобилей, Методические указания.-СПбГАСУ, 2001;

2. Литвинов А.С., Фаробин Я.Е. Автомобиль: Теория эксплуатационных свойств, М.: Машиностроение, 1989.