Тягово-скоростные свойства имеют важное значение при эксплуатации автомобиля, так как от них во многом зависят его средняя скорость движения и производительность. При благоприятных тягово-скоростных свойствах возрастает средняя скорость, уменьшаются затраты времени на перевозку грузов и пассажиров, а также повышается производительность автомобиля.
3.1. Показатели тягово-скоростных свойств
Основными показателями, позволяющими оценить тягово-скоростные свойства автомобиля, являются:
Максимальная скорость , км/ч;
Минимальная
устойчивая скорость (на высшей передаче)
,
км/ч;
Время разгона (с места) до максимальной скорости t р, с;
Путь разгона (с места) до максимальной скорости S р, м;
Максимальные и средние ускорения при разгоне (на каждой передаче) j max и j ср, м/с 2 ;
Максимальный преодолеваемый подъем на низшей передаче и при постоянной скорости i m ах, %;
Длина динамически преодолеваемого подъема (с разгона) S j ,м;
Максимальная сила тяги на крюке (на низшей передаче) Р с , Н.
В
качестве обобщенного оценочного
показателя тягово-скоростных свойств
автомобиля можно использовать среднюю
скорость непрерывного движения
ср
,
км/ч.
Она зависит от условий движения и
определяется с учетом всех его режимов,
каждый из которых характеризуется
соответ-ствующими показателями
тягово-скоростных свойств автомобиля.
3.2. Силы, действующие на автомобиль при движении
При движении на автомобиль действует целый ряд сил, которые называются внешними. К ним относятся (рис. 3.1) сила тяжести G , силы взаимодействия между колесами автомобиля и дорогой (реакции дороги) R Х1 , R х2 , R z 1 , R z 2 и сила взаимодействия автомобиля с воздухом (реакция воздушной среды) Р в.
Рис. 3.1. Силы, действующие на автомобиль с прицепом при движении: а - на горизонтальной дороге; б - на подъеме; в - на спуске
Одни из указанных сил действуют в направлении движения и являются движущими, другие - против движения и относятся к силам сопротивления движению. Так, сила R Х2 на тяговом режиме, когда к ведущим колесам подводятся мощность и крутящий момент, направлена в сторону движения, а силы R Х1 и Р в - против движения. Сила Р п - составляющая силы тяжести - может быть направлена как в сторону движения, так и против в зависимости от условий движения автомобиля - на подъеме или на спуске (под уклон).
Основной движущей силой автомобиля является касательная реакция дороги R Х2 на ведущих колесах. Она возникает в результате подвода мощности и крутящего момента от двигателя через трансмиссию к ведущим колесам.
3.3. Мощность и момент, подводимые к ведущим колесам автомобиля
В условиях эксплуатации автомобиль может двигаться на различных режимах. К этим режимам относятся установившееся движение (равномерное), разгон (ускоренное), торможение(замедленное)
и
накат (по инерции). При этом в условиях
города продолжительность движения
составляет приблизительно 20 % для
установившегося режима, 40 % - для
разгона и 40 % - для торможения и
наката.
При всех режимах движения, кроме наката и торможения с отсоединенным двигателем, к ведущим колесам подводятся мощность и крутящий момент. Для определения этих величин рассмотрим схему,
Рис. 3.2. Схема для определения мощ ности и крутящего момента, подво димых от двигателя к ведущим ко лесам автомобиля:
Д - двигатель; М - маховик; Т - транс миссия; К - ведущие колеса
представленную на рис. 3.2. Здесь N e - эффективная мощность двигателя; N тр - мощность, подводимая к трансмиссии;N кол - мощность, подводимая к ведущим колесам; J м - момент инерции маховика (под этой величиной условно понимают момент инерции всех вращающихся частей двигателя и трансмиссии: маховика, деталей сцепления, коробки передач, карданной передачи, главной передачи и др.).
При разгоне автомобиля определенная доля мощности, передаваемой от двигателя к трансмиссии, затрачивается на раскручивание вращающихся частей двигателя и трансмиссии. Эти затраты мощности
(3.1)
где А - кинетическая энергия вращающихся частей.
Учтем, что выражение для кинетической энергии имеет вид
Тогда затраты мощности
(3.2)
Исходя из уравнений (3.1) и (3.2) мощность, подводимую к трансмиссии, можно представить в виде
Часть
этой мощности теряется на преодоление
различных сопротивлений (трения) в
трансмиссии. Указанные потери мощности
оцениваются коэффициентом полезного
действия трансмиссии
тр.
С учетом потерь мощности в трансмиссии подводимая к ведущим колесам мощность
(3.4)
Угловая скорость коленчатого вала двигателя
(3.5)
где ω к -угловая скорость ведущих колес; u т -передаточное число трансмиссии
Передаточное число трансмиссии
Где u k - передаточное число коробки передач; u д - передаточное число дополнительной коробки передач (раздаточная коробка, делитель, демультипликатор); и Г - передаточное число главной передачи.
В
результате подстановки
e
из
соотношения (3.5) в формулу (3.4) мощность,
подводимая к ведущим колесам:
(3.6)
При постоянной угловой скорости коленчатого вала второй член в правой части выражения (3.6) равен нулю. В этом случае мощность, подводимая к ведущим колесам, называется тяговой. Ее величина
(3.7)
С учетом соотношения (3.7) формула (3.6) преобразуется к виду
(3.8)
Для определения крутящего момента М к , подводимого от двигателя к ведущим колесам, представим мощности N кол и N T , в выражении (3.8) в виде произведений соответствующих моментов на угловые скорости. В результате такого преобразования получим
(3.9)
Подставим
в формулу (3.9) выражение (3.5) для угловой
скорости коленчатого вала и, разделив
обе части равенства на
к
получим
(3.10)
При установившемся движении автомобиля второй член в правой части формулы (3.10) равен нулю. Момент, подводимый к ведущим колесам, в этом случае называется тяговым. Его величина
(3.11)
С учетом соотношения (3.11) момент, подводимый к ведущим колесам:
(3.12)
Тягово-скоростные свойства имеют важное значение при эксплуатации автомобиля, так как от них во многом зависят его средняя скорость движения и производительность. При благоприятных тягово-скоростных свойствах возрастает средняя скорость, уменьшаются затраты времени на перевозку грузов и пассажиров, а также повышается производительность автомобиля.
3.1. Показатели тягово-скоростных свойств
Основными показателями, позволяющими оценить тягово-скоростные свойства автомобиля, являются:
Максимальная скорость , км/ч;
Минимальная
устойчивая скорость (на высшей передаче)
,
км/ч;
Время разгона (с места) до максимальной скорости t р, с;
Путь разгона (с места) до максимальной скорости S р, м;
Максимальные и средние ускорения при разгоне (на каждой передаче) j max и j ср, м/с 2 ;
Максимальный преодолеваемый подъем на низшей передаче и при постоянной скорости i m ах, %;
Длина динамически преодолеваемого подъема (с разгона) S j ,м;
Максимальная сила тяги на крюке (на низшей передаче) Р с , Н.
В
качестве обобщенного оценочного
показателя тягово-скоростных свойств
автомобиля можно использовать среднюю
скорость непрерывного движения
ср
,
км/ч.
Она зависит от условий движения и
определяется с учетом всех его режимов,
каждый из которых характеризуется
соответ-ствующими показателями
тягово-скоростных свойств автомобиля.
3.2. Силы, действующие на автомобиль при движении
При движении на автомобиль действует целый ряд сил, которые называются внешними. К ним относятся (рис. 3.1) сила тяжести G , силы взаимодействия между колесами автомобиля и дорогой (реакции дороги) R Х1 , R х2 , R z 1 , R z 2 и сила взаимодействия автомобиля с воздухом (реакция воздушной среды) Р в.
Рис. 3.1. Силы, действующие на автомобиль с прицепом при движении: а - на горизонтальной дороге; б - на подъеме; в - на спуске
Одни из указанных сил действуют в направлении движения и являются движущими, другие - против движения и относятся к силам сопротивления движению. Так, сила R Х2 на тяговом режиме, когда к ведущим колесам подводятся мощность и крутящий момент, направлена в сторону движения, а силы R Х1 и Р в - против движения. Сила Р п - составляющая силы тяжести - может быть направлена как в сторону движения, так и против в зависимости от условий движения автомобиля - на подъеме или на спуске (под уклон).
Основной движущей силой автомобиля является касательная реакция дороги R Х2 на ведущих колесах. Она возникает в результате подвода мощности и крутящего момента от двигателя через трансмиссию к ведущим колесам.
3.3. Мощность и момент, подводимые к ведущим колесам автомобиля
В условиях эксплуатации автомобиль может двигаться на различных режимах. К этим режимам относятся установившееся движение (равномерное), разгон (ускоренное), торможение(замедленное)
и
накат (по инерции). При этом в условиях
города продолжительность движения
составляет приблизительно 20 % для
установившегося режима, 40 % - для
разгона и 40 % - для торможения и
наката.
При всех режимах движения, кроме наката и торможения с отсоединенным двигателем, к ведущим колесам подводятся мощность и крутящий момент. Для определения этих величин рассмотрим схему,
Рис. 3.2. Схема для определения мощ ности и крутящего момента, подво димых от двигателя к ведущим ко лесам автомобиля:
Д - двигатель; М - маховик; Т - транс миссия; К - ведущие колеса
представленную на рис. 3.2. Здесь N e - эффективная мощность двигателя; N тр - мощность, подводимая к трансмиссии;N кол - мощность, подводимая к ведущим колесам; J м - момент инерции маховика (под этой величиной условно понимают момент инерции всех вращающихся частей двигателя и трансмиссии: маховика, деталей сцепления, коробки передач, карданной передачи, главной передачи и др.).
При разгоне автомобиля определенная доля мощности, передаваемой от двигателя к трансмиссии, затрачивается на раскручивание вращающихся частей двигателя и трансмиссии. Эти затраты мощности
(3.1)
где А - кинетическая энергия вращающихся частей.
Учтем, что выражение для кинетической энергии имеет вид
Тогда затраты мощности
(3.2)
Исходя из уравнений (3.1) и (3.2) мощность, подводимую к трансмиссии, можно представить в виде
Часть
этой мощности теряется на преодоление
различных сопротивлений (трения) в
трансмиссии. Указанные потери мощности
оцениваются коэффициентом полезного
действия трансмиссии
тр.
С учетом потерь мощности в трансмиссии подводимая к ведущим колесам мощность
(3.4)
Угловая скорость коленчатого вала двигателя
(3.5)
где ω к -угловая скорость ведущих колес; u т -передаточное число трансмиссии
Передаточное число трансмиссии
Где u k - передаточное число коробки передач; u д - передаточное число дополнительной коробки передач (раздаточная коробка, делитель, демультипликатор); и Г - передаточное число главной передачи.
В
результате подстановки
e
из
соотношения (3.5) в формулу (3.4) мощность,
подводимая к ведущим колесам:
(3.6)
При постоянной угловой скорости коленчатого вала второй член в правой части выражения (3.6) равен нулю. В этом случае мощность, подводимая к ведущим колесам, называется тяговой. Ее величина
(3.7)
С учетом соотношения (3.7) формула (3.6) преобразуется к виду
(3.8)
Для определения крутящего момента М к , подводимого от двигателя к ведущим колесам, представим мощности N кол и N T , в выражении (3.8) в виде произведений соответствующих моментов на угловые скорости. В результате такого преобразования получим
(3.9)
Подставим
в формулу (3.9) выражение (3.5) для угловой
скорости коленчатого вала и, разделив
обе части равенства на
к
получим
(3.10)
При установившемся движении автомобиля второй член в правой части формулы (3.10) равен нулю. Момент, подводимый к ведущим колесам, в этом случае называется тяговым. Его величина
(3.11)
С учетом соотношения (3.11) момент, подводимый к ведущим колесам:
(3.12)
Колесные машины любого типа предназначены для осуществления транспортной работы, т.е. для перевозки полезного груза. Способность машины к совершению полезной транспортной работы оценивают ее тягово – скоростными свойствами.
Тягово – скоростными свойствами называют совокупность свойств, определяющих возможные по характеристикам двигателя или сцепления ведущих колес с дорогой, диапазоны изменения скоростей движения и предельные интенсивности разгона автомобиля при его работе на тяговом режиме в различных дорожных условиях.
Обобщенным показателем, по которому наиболее полно можно оценивать скоростные свойства колесной машины; является средняя скорость движения ().
Средняя скорость движения – это отношение пройденного пути ко времени «чистого» движения:
где - пройденный путь;
Время чистого движения машины.
Средняя скорость движения определяется дорожными (грунтовыми) условиями и режимами движения машины.
Для колесных машин характерно чередование движения по магистральным шоссе с движением по грунтовым дорогам, либо с движением в условиях бездорожья.
Скоростные режимы можно разделить на два вида:
движение с установившейся скоростью;
движение с неустановившейся скоростью.
Строго говоря, режим первого вида практически не существует, т.к. всегда на любых дорогах есть хотя бы небольшие изменения сопротивления движению (подъемы, спуски, неровности покрытия дороги и т.д.), вызывающие изменение скорости движения машины.
Режим движения машины с установившейся скоростью можно рассматривать как условный. Под этим режимом следует понимать такой, при котором изменения скорости малы относительно средней скорости движения на данном участке пути. На низших передачах такие режимы тем более отсутствуют.
В общем случае скоростные режимы движения машины складываются из следующих фаз:
разгон с места с переключением передач от скорости, равной нулю, до конечной скорости разгона;
равномерного движения со скоростями, которые можно принять за установившееся и равным конечной скорости разгона;
замедления от скорости, равной конечной скорости разгона или установившегося движения, до начальной скорости торможения;
торможения от конечной скорости замедления до скорости, равной нулю.
В настоящее время проверка скоростных свойств колесных машин выполняются по ГОСТ 22576-90 «Автотранспортные средства, скоростные свойства. Методы испытаний». Этим же стандартом определяются условия и программы контрольных испытаний, а также комплекс измеряемых параметров.
Испытания по оценке скоростных свойств автомобилей и автопоездов приводятся при нормальной нагрузке на прямолинейном отрезке горизонтальной дороги с цементно-бетонным покрытием. Уклоны ее не должны превышать 0,5% и иметь длину более 50 м. Испытания проводятся при скорости ветра не более 3 м/c и температура воздуха – 5…+25 0 С.
Основными оценочными показателями скоростных свойств автомобилей и автопоездов являются:
максимальная скорость;
время разгона до заданной скорости;
скоростная характеристика «Разгон – выбег»;
скоростная характеристика «Разгон на передаче, обеспечивающей максимальную скорость».
Максимальная скорость автомобиля – это максимальная скорость, развиваемая на горизонтальном ровном участке дороги.
Определяется она путем измерения времени проезда автомобилем мерного участка дороги длиной 1 км. До выезда на мерный участок автомобиль на участке разгона должен достичь максимально возможной установившейся скорости.
Скоростная характеристика «разгон – выбег» представляет собой зависимость скорости от пути и времени разгона автомобиля с места и выбега до остановки.
Скоростная характери-стика «разгон – выбег»
а) по времени б) по пути; 2,3 – разгон 1,4 – выбег
Характеристикой «разгон – выбег» оценивается сопротивление движению автомобиля.
Скоростные характеристики «Разгон на передаче, обеспечивающей максимальную скорость» – это зависимости скорости автомобиля от пути и времени разгона при движении автомобиля на высшей и предшествующей передачах. Разгон начинается с минимально устойчивой для данной передачи скорости путем резкого нажатия до упора на педаль подачи топлива.
Скоростная характеристика «Разгон на высшей передаче».
а) по времени б) по пути
Время разгона на заданном участке (400м и 1000м), а также время разгона до заданной скорости устанавливают обычно по характеристике «разгон – выбег».
Для грузовых автомобилей заданной скоростью является 80 км/час, а для легковых – 100 км/час.
Оценочным показателем тяговых свойств является максимальный угол подъема, преодолеваемого автомобилем с полной массой при движении по сухому твердому ровному покрытию на низшей передаче в КП и РК.
В соответствии с ГОСТ В 25759-83 «Автомобили многоцелевого назначения. Общие технические требования» – максимальный угол подъема для полноприводных автомобилей должен быть – 30 0 С.
Данный показатель одновременно является одним из оценочных показателей проходимости автомобиля.
Косвенным параметром, в значительной степени определяющим уровень тяговых свойств автомобиля, является удельная мощность.
Удельная мощность – это отношение максимальной мощности двигателя к полной массе автомобиля или автопоезда:
где - максимальная мощность двигателя, кВт;
Масса соответственно автомобиля и прицепа, т.
Удельная мощность как показатель характеризует энерговооруженность автомобиля или автопоезда. Особенно важен данный показатель при сравнении между собой автомобилей различного типа, как участников единого транспортного потока, в частности, автомобильных колонн.
Для легковых автомобилей удельная мощность колебается в пределах 40 – 60 кВт/т, для грузовых колесных машин – 9,5 – 17,0 кВт, для автопоездов – 7,5 – 8,0 кВт/т.
Оценочные характеристики тягово – скоростных свойств автомобилей определяются в ходе испытаний или могут быть получены в ходе выполнения тяговых расчетов.
МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА И
ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ
«БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
АГРАРНО ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
ФАКУЛЬТЕТ МЕХАНИЗАЦИИ СЕЛЬСКОГО
ХОЗЯЙСТВА
Кафедра « Трактора и автомобили»
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
По дисциплине: Основы теории и расчета трактора и автомобиля.
На тему: Тягово-скоростные свойства и топливная экономичность
автомобиля.
Студента 5 курса 45 группы
Снопкова А.А.
Руководитель КП
Минск 2002.
Введение.
1.Тягово-скоростные свойства автомобиля.
Тягово-скоростными свойствами автомобиля называют совокупность свойств определяющих возможные по характеристикам двигателя или сцепления ведущих колес с дорогой диапазоны изменения скоростей движения и предельные интенсивности разгона и торможения автомобиля при его работе на тяговом режиме работы в различных дорожных условиях.
Показатели тагово-скоростных свойств автомобиля (максимальная скорость, ускорение при разгоне или замедлении при торможении, сила тяги на крюке, эффективная мощность двигателя, подъем, преодолеваемый в различных дорожных условиях, динамический фактор, скоростная характеристика) определяются проектировочным тяговым расчетом. Он предполагает определение конструктивных параметров, которые могут обеспечить оптимальные условия движения, а также установление предельных дорожных условий движения для каждого типа автомобиля.
Тягово-скоростные свойства и показатели определяются при тяговом расчете автомобиля. В качестве объекта расчета выступает грузовой автомобиль малой грузоподъемности.
1.1. Определение мощности двигателя автомобиля.
В основу расчета кладется номинальная грузоподъемность автомобиля
в кг (масса установленной полезной нагрузки + масса водителя и пассажиров в кабине) или автопоезда , она равняется из задания – 1000 кг.Мощность двигателя
, необходимая для движения полностью груженого автомобиля со скоростью в заданных дорожных условиях, характеризующих приведенным сопротивлением дороги , определяют из зависимости: , где собственная масса автомобиля, 1000 кг; сопротивление воздуха(в Н) – 1163,7 при движении с максимальной скоростью = 25 м/с; -- КПД трансмиссии = 0,93. Номинальная грузоподъемность указана в задании; = 0,04 с учетом работы автомобиля в сельском хозяйстве (коэффициент дорожного сопротивления). (0,04*(1000*1352)*9,8+1163,7)*25/1000*0,93=56,29 кВт.Собственная масса автомобиля связана в его номинальной грузоподъемностью зависимостью:
1000/0,74=1352 кг. -- коэффициент грузоподъемности автомобиля – 0,74.У автомобиля особо малой грузоподъемности =0,7…0,75.
Коэффициент грузоподъемности автомобиля существенно влияет на динамические и экономические показатели автомобиля: чем он больше, тем лучше эти показатели.
Сопротивление воздуха зависит от плотности воздуха, коэффициент
обтекаемости обводов и днища (коэффициент парусности), площади лобовой поверхности F (в ) автомобиля и скоростного режима движения. Определяется зависимостью: , 0.45*1.293*3.2*625= 1163.7 Н. =1,293 кг/ -- плотность воздуха при температуре 15…25 С.Коэффициент обтекаемости у автомобиля
=0,45…0,60. Принимаю = 0,45.Площадь лобовой поверхности может быть подсчитана по формуле:
Где: В – колея задних колес, принимаю её = 1,6м, величина Н = 2м. Величины В и Н уточняют при последующих расчетах при определении размеров платформы.
= максимальная скорость движения по дороге с улучьшеным покрытием при полной подаче топлива, по заданию она равна 25 м/с. автомобиля развивает, как правило, на прямой передаче, то , 0,95…0,97 – 0,95 КПД двигателя на холостом ходу; =0,97…0,98 – 0,975.КПД главной передачи.
0,95*0,975=0,93.1.2. Выбор колесной формулы автомобиля и геометрических параметров колес.
Количество и размеры колес (диаметр колеса
и масса, передаваемая на ось колеса) определяются исходя из грузоподъемности автомобиля.При полностью груженом автомобиле 65…75% от общей массы машины приходиться на заднюю ось и 25…35% -- на переднюю. Следовательно, коэффициент нагрузки передних и задних ведущих колес составляют соответственно 0.25…0.35 и –0.65…0.75.
; 0,65*1000*(1+1/0,45)=1528,7 кг.на переднюю:
. 0,35*1000*(1+1/0,45)=823,0 кг.Принимаю следующие значения: на задней оси –1528,7 кг, на одно колесо задней оси – 764,2 кг; на передней оси – 823,0 кг, на колесо передней оси – 411,5кг.
Исходя из нагрузки
и давления в шинах, по таблице 2 выбираются размеры шин, в м (ширина профиля шины и диаметр посадочного обода ). Тогда расчетный радиус ведущих колес (в м); .Расчетные данные: наименование шины -- ; её размеры –215-380 (8,40-15) ; расчетный радиус.