Расчет эксплуатационных свойств автомобилей УАЗ 3741 и Volkswagen Transporter T4

"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

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

М_1кп – крутящий момент на первичном валу

М_2кп – 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 n_e – эффективная частота вращения коленчатого вала (об/мин)

2. Эффективная мощность (формула Лейдермана):

, кВт,

где N_max – 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

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

M_e =16,625*1000/104,667=158,8376 Нм

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

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 =Р_в +Р_д +Р_{и ,}

где Р _T – тяговое усилие, кН;

Р_в – сила сопротивления воздуха, кН;

Р_д – сила сопротивления дороги, кН;

Р_и – 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 М_е – 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 V_a – скорость движения автомобиля, м/с:

, м/с

Расчет для автомобиля УАЗ 3741

V_{a =} 104,6667*0,336/4,12*4,11*1,47=1,41 м/с;

Расчет для автомобиля Volkswagen Transporter T4

V_{a =} 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

Р_д =2720×9,8×0,15×10^-3 =3,998 кН

Расчет для автомобиля Volkswagen Transporter T4

Р_д =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

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 V_max = 12,1

для УАЗ 3741 V_max = 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.

=Р_Т × V_a

N _д = Р_д × V_a

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