Тяговый расчет

Тяговый расчет и исследование тягово-скоростных свойств выполняют для одной из модификаций автомобиля-прототипа. В объеме этого раздела выбирают основные показатели двигателя и строят его внешнюю скоростную характеристику; определяют передаточные числа трансмиссии; строят диаграмму мощностного баланса, динамическую характеристику и диаграмму ускорений; определяют время и путь разгона.

Далее приводятся основные формулы и рекомендуется наиболее приемлемая последовательность выполнения тягового расчета.

3.1.1 Расчет и построение основных зависимостей

Максимальную мощность двигателя определяют по формуле, кВт:

(1)

где – коэффициент сопротивления качению автомобиля, соответствую-щий максимальной скорости

– максимальная скорость автомобиля, задаваемая в зависимости от номера варианта – исходное значение скорости, приведенное в задании, м/с; n – вторая цифра номера варианта;

k – коэффициент сопротивления воздуха, Н·с²/м⁴;

F – площадь лобового сопротивления, м²;

– КПД трансмиссии;

а₁, а₂, а₃ – коэффициенты, зависящие от типа двигателя;

– скоростной коэффициент, равный отношению частоты вращения n_V вала двигателя при движении автомобиля с максимальной скоростью к частоте вращения n_N, соответствующей максимальной мощности двигателя.

Коэффициенты а₁,а₂ и а₃, характеризующие протекание внешней скоростной характеристики двигателя, можно принять равными:

для бензиновых двигателей а₁ = а₂ = а₃ =1;

для дизелей а ₁ = 0,53; а₂ = 1,56; а₃ =1,09.

Передаточное число главной передачи:

, (2)

где u_в – передаточное число высшей передачи;

r_к – радиус качения колеса, м.

Передаточное число первой передачи определяется из условия преодоления автомобилем заданного максимального суммарного сопротивления дороги, характеризуемого коэффициентом :

(3)

где – динамический радиус колеса, принимаемый в расчетах равным радиусу качения r_к;

Т_{e max} – максимальный крутящий момент двигателя, .

Максимальный крутящий момент рассчитывают по формуле:

(4)

где – коэффициент приспосабливаемости двигателя; – момент при частоте вращения, соответствующей максимальной мощности двигателя, .

Коэффициент приспосабливаемости может быть ориентировочно определён по формуле:

. (5)

Передаточные числа промежуточных передач определяются с таким
расчетом, чтобы они образовывали геометрический ряд. Если высшая передача прямая , то , (6)

где m – число передач;

к – порядковый номер передачи.

При наличии повышающей передачи . (7)

Выбрав параметры двигателя и определив передаточные числа трансмиссии, приступают к построению графиков, характеризующих тягово-скоростные свойства автомобиля.

Для построения кривых внешней скоростной характеристики, т.е. зависимостей и , используют следующую формулу, кВт:

(8)

Соответствующие значения крутящего момента двигателя, :

(9)

Границы рабочего диапазона частот вращения вала двигателя следует ограничивать пределами: ; .

Указанный диапазон разбивают на 10-15 частей, т.е. шаг вычислений составит

Результаты расчётов сводят в таблицу 1.

Таблица 1 – Значения параметров внешней скоростной

характеристики

Набор полученных данных позволяет построить графики зависимостей и .

Для построения кривых , кВт диаграммы мощностного баланса определяют соответствующие скорости движения для каждой передачи, м/с:

(10)

Результаты расчетов сводят в таблицу 2.

Таблица 2 – Значения скоростей движения автомобиля

Кривые диаграммы мощностного баланса рассчитывают по формуле:

, (11)

где – мощность, подводимая к колесам, кВт;

– мощность, теряемая на преодоление сопротивления воздуха, кВт.

Значения мощностей и определяют по формулам:

; (12)
. (13)

Результаты расчетов сводят в таблицу 3.

Таблица 3 – Значения параметров мощностного баланса

Далее строят диаграмму мощностного баланса.

Динамический фактор рассчитывают из выражения

(14)

где – избыточная тяговая сила, Н.

Избыточная тяговая сила определяется по формуле:

, (15)

где – тяговое усилие на колесах, Н;

– сила сопротивление воздуха, Н.

Значения и рассчитывают по формулам:

; (16)

. (17)

Результаты расчетов P_k, P_w и P_a указывают в таблице 4.

Таблица 4 – Значения избыточной тяговой силы, тягового усилия на
колесах и силы сопротивления воздуха

Результаты расчетов D сводят в таблицу 5.

Таблица 5 – Значения динамического фактора

По полученные данным строят график зависимости D (V).

Ускорение автомобиля на передачах j_а, м/с² определяется при движении на горизонтальной дороге с минимальным значением коэффициента суммарного сопротивления :

, (18)

где – коэффициент учета инерции вращающихся масс.

Результаты расчетов вносят в таблицу 6.

Таблица 6 – Значения величин, характеризующих ускорение

Далее строят диаграмму ускорений j_а(V) и диаграмму величин, обратных ускорениям 1 / j_а(V).

Для определения времени разгона автомобиля необходимо площадь (в квадратных миллиметрах), заключенную между кривыми и осью абсцисс, разбить вертикалями на отдельные площади через 3...4 м/с,

начиная от скорости 1 м/с и заканчивая скоростью . Время разгона в пределах полученных интервалов изменения скорости

, (19)

где – масштаб скорости (количество миллиметров, соответствующее 1 м/с);

– масштаб величин обратных ускорению (количество миллиметров, соответствующее 1 с²/м).

Результаты расчетов необходимо представить в виде таблицы 7.

Таблица 7 – Значения величин, характеризующих время разгона

По результатам расчетов строят график зависимости .

Для определения пути разгона автомобиля необходимо площадь, заключенную между кривой и осью ординат, разбить горизонталями на отдельные площадки в соответствии с ранее принятыми интервалами скорости движения. Путь разгона при изменении скорости в каждом из интервалов , (20)

где с – масштаб времени (количество миллиметров, соответствующее 1 с).

Результаты расчетов вносят в таблицу 8.

Таблица 8 – Значения полного пути разгона

Примечание. При определении полного времени и полного пути в интервале скорости 1 м/с... , а также при построении графиков и необходимо суммировать значения и , полученные на каждом из выбранных интервалов скоростей.

3.1.2 Расчет и построение вспомогательных зависимостей

Для анализа на полученные графики и диаграммы наносят ряд вспомогательных зависимостей.

На динамическую характеристику автомобиля наносят горизонтальные прямые (значения коэффициента ). Их количество должно соответствовать количеству передач, причем минимальное значение принимается равным , а максимальное – . Промежуточные значения выбирают так, чтобы каждая из кривых , расположенных между кривыми первой и высшей передач, пересекалась отдельной прямой .

Рассчитывают и наносят на динамическую характеристику кривые сцепного фактора – наибольшего динамического фактора, реализуемого по условию сцепления ведущих колес с дорогой. Указанные кривые рассчитывают для первой и высшей передач и по формуле

, (21)

где – реакция на ведущих колесах движущегося автомобиля, Н.

, (22)

где – реакция на ведущих колесах неподвижного автомобиля, Н;

– коэффициент динамического изменения нагрузки на заднюю ось предельный по условию сцепления, значение которого равно

. (23)

Расчетные значения сцепного фактора указывают в таблице 9.

Таблица 9 – Значения величин сцепного фактора

n, мин-1
n1
......
n11

Для выбранных значений рассчитывают и наносят на диаграмму мощностного баланса зависимости мощности , расходуемой на преодоление суммарного сопротивления дороги:

(24)

Результаты расчета вносят в таблицу 10.

Таблица 10 – Значения величин мощности, расходуемой на преодоление суммарного сопротивления дороги

1	2	3	4	5
,м/с	,кВт	,м/с	,кВт	,м/с	,кВт	,м/с	,кВт	,м/с	,кВт

Ввиду линейности зависимостей их можно строить по одной точке, рассчитанной для произвольного значения скорости (указанную скорость следует принимать тем больше, чем меньше ).

Рассчитывают и наносят на диаграмму мощностного баланса зависимости и для высшей передачи. Для произвольно выбранной скорости на высшей передаче диаграмму мощностного баланса рассекают вертикальной линией с анализом затрат мощности выделением отрезков .

3.1.3 Анализ графиков и диаграмм

При анализе графиков и диаграмм необходимо выполнить расчеты и дать полные ответы по следующим пунктам, строго соблюдая их последовательность:

1. Определить коэффициент приспосабливаемости двигателя и описать, как влияет его величина на тяговые свойства автомобиля:

. (25)

2. Используя диаграмму мощностного баланса, проанализировать затраты мощности двигателя при движении с выбранной скоростью на высшей передаче при и рассчитать степень использования мощности двигателя по формуле:

, (26)

Отрезки а, b, c и d замеряютсяпо диаграмме мощностного баланса в мм (смысл отрезков а, b, c и d расшифровать).

3. Проанализировать влияние степени использования мощности двигателя на его топливную экономичность.

4. Используя динамическую характеристику, оценить:

а) максимальную скорость движения автомобиля;

б) максимальную скорость движения на каждой передаче V_{i max}, м/с;

в) критические скорости на первой и высшей передачах и описать, как влияет критическая скорость на эксплутационные свойства автомобиля (за критические скорости на первой и высшей передачах принимают скорости движения, соответствующие максимальной величине ускорения, при этом двигатель автомобиля работает в режиме, близком к наиболее экономичному по удельному расходу топлива);

г) максимальные динамические факторы на первой и высшей передачах и описать, как влияют их значения на эксплутационные свойства автомобиля;

д) наибольшие углы подъема , преодолеваемые без использования инерции автомобиля на первой и высшей передачах (при ), воспользовавшись формулой:

. (27)

1.3.5 Используя диаграмму ускорений, оценить:

а) максимальное ускорение на первой и высшей передачах и описать, как они влияют на эксплутационные свойства автомобиля;

б) какая передача для данного автомобиля является разгонной и почему.

1.3.6 Сравнить полученные значения времени и пути разгона со справочными данными для автомобиля-прототипа и объяснить имеющиеся расхождения.