Тяговый расчет автомобиля ГАЗ 3307

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО ВОСТОЧНО-СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра «Автомобили»

Тяговый расчет автомобиля ГАЗ-3307

Улан-Удэ 2007

Содержание

1. Построение внешней скоростной характеристики автомобильного двигателя

2. Тяговый баланс автомобиля

3. Динамический фактор автомобиля

4. Характеристика ускорений автомобиля

5. Характеристика времени и пути разгона автомобиля

6. Мощностной баланс автомобиля

7. Топливно-экономическая характеристика автомобили

1. Построение внешней скоростной характеристики автомобильного двигателя

Наиболее полные сведения о параметрах двигателя дает его внешняя скоростная характеристика. Она представляющая собой зависимость эффективной мощности – N_e , [кВт]; эффективного крутящего момента – M_e , [Н×м]; удельного расхода топлива – g_e , [г/кВт×ч]; часового расхода топлива – G_т , [кг/ч], от частоты вращения коленчатого вала n_e , [об/мин], при установившемся режиме работы двигателя и максимальной подаче топлива.

Определение текущего значения эффективной мощности от частоты вращения коленчатого вала двигателя, производится по эмпирической зависимости, предложенной С.Р. Лейдерманом:

, [кВт]

где N_{е max} =84,5 [кВт] - максимальная эффективная мощность двигателя;

n_e - текущая частота вращения, [об/мин];

n_N =3200 [об/мин] - частота вращения при максимальной мощности;

коэффициенты а=в=с=1.

Определяем значения наименьшей устойчивой – n_{e min} , и максимальной – n_{e max} , частот вращения коленчатого вала двигателя.

n_{e min} = 0,13× n_N =0,13×3200=416=500 [об/мин],

n_{e max} = 1,2× n_N =1,2×3200=3840=3800 [об/мин].

Полученный диапазон частот вращения коленчатого вала разбиваем на двенадцать значений через интервал в 300 [об/мин].

Для каждого значения n_e , с использованием уравнения Лейдермана, определяем значения эффективной мощности двигателя N_e .

Часть мощности двигателя затрачивается на привод вспомогательного оборудования (генератор, насос системы охлаждения двигателя, компрессор, насос гидроусилителя руля и др.), и лишь оставшаяся мощность N_e ¢ - мощность нетто, используется для движения автомобиля.

N_e ¢ = 0,9×N_e , [кВт].

Для расчета графика эффективного крутящего момента используем выражение вида:

, [Н×м].

Часть эффективного крутящего момента двигателя – M_e затрачивается на привод навесного вспомогательного оборудования, и лишь оставшаяся его часть, так называемый крутящий момент нетто – М_e ¢, используется для движения автомобиля. Для определения момента нетто воспользуемся выражением:

М_e ¢ = 0,9 × М_e , [Н×м]

Для расчета удельного расхода топлива бензиновых двигателей используют эмпирическую зависимость вида:

, [г / кВт×ч]

g_{e min} =313 [г / кВт×ч] – минимальный удельный расход топлива.

Для определения часового расхода топлива воспользуемся формулой:

, [кг/ч]

Полученные при расчетах данные заносим в таблицу 1.

На основе результатов расчетов таблицы, строим графики внешней скоростной характеристики двигателя (Приложение). На графике внешней скоростной характеристики отмечаем:

Максимальная мощность нетто - N_е ¢, [кВт];

Максимальный крутящий момент нетто - M_е ¢, [Н×м];

Минимальный удельный расход топлива - g_{е min} , [г / кВт×ч];

Частоты n_e вращения коленчатого вала двигателя, соответствующие:

- максимальной мощности двигателя n_N , [об/мин];

- максимальному крутящему моменту n_M , [об/мин];

- минимальному удельному расходу топлива n_g ,[об/мин].

Таблица 1. Параметры внешней скоростной характеристики двигателя марки ЗМЗ-53

2. Тяговый баланс автомобиля

Тяговый баланс автомобиля - это совокупность графиков зависимостей силы тяги на ведущих колесах F_к , [Н] (на различных передачах), а также суммы сил сопротивления качению F_f , [Н] и в автомобиля V_a , [км/ ч]. Графики сил тяги на колесах автомобиля строим для всех ступеней коробки перемены передач.

Кинематическая схема КПП и ГП.

Расчет сил тяги на колесах для каждой передачи – F_ki производится по формуле:

, [Н]

h_ТР - коэффициент полезного действия трансмиссии;

U_ТР - передаточное число трансмиссии;

r_к - радиус качения колеса, [м].

КПД трансмиссии автомобиля определяется на основании потерь мощности на трение:

h_тр = 0,98^К ×0,97^L × 0,99^M

K - число пар цилиндрических шестерен в трансмиссии автомобиля, через которые передается крутящий момент на i-той передаче;

L - число пар конических или гипоидных шестерен;

M - число карданных шарниров.

Для определения К,L,M необходимо использовать кинематическую схему автомобиля, данные заносим в таблицу 2.

Таблица 2

Передаточное число трансмиссии автомобиля определяется как произведение:

U_ТР = U_КПП × U_РК × U_ГП

U_КПП - передаточное число коробки перемены передач;

U_РК - передаточное число раздаточной коробки или делителя;

U_ГП - передаточное число главной передачи.

Для определения этих значений также воспользуемся кинематической схемой автомобиля, полученные значения занесем в таблицу 3.

Таблица 3.

При расчетах радиусов качения колес, в качестве исходных данных, используют статический радиус - r_стат . При этом следует учитывать, что радиус качения r_к обычно несколько больше статического и определяется индивидуально для диагональных и радиальных шин. На автомобиле ГАЗ -3307 установлены радиальные шины, поэтому радиус качения колеса рассчитываем по следующей формуле:

r_к = 1,04 × r_стат , [м];

r_стат = 0,465

r_к = 1,04 × 0,465 = 0,4836 [м]

При расчетах зависимостей силы тяги на колесах автомобиля крутящий момент двигателя нетто - М_e ́ берем из таблицы 1. Также для построения графика нам необходимо рассчитать скорость движения автомобиля на каждой передачи в зависимости от оборотов двигателя.

, [км/ ч]

Значения силы тяги на колесах и скорости автомобиля, рассчитанные для каждой передачи, заносим в таблицу 4.

Таблица 4. Значения силы тяги на колесах и скорости автомобиля на четырех передачах

Далее определяем силы сопротивления качению колес автомобиля по дорожному покрытию, используя выражение:

, [Н]

m_a = 7850 [кг] - масса полностью загруженного автомобиля;

g = 9,81 [м/с² ] - ускорение свободного падения;

f - коэффициент сопротивления качению автомобильного колеса.

Величина коэффициента сопротивления качению колеса – f, зависит от скорости автомобиля. Для его определения используют выражение, предложенное Б.С. Фалькевичем:

Коэффициент сопротивления качению колеса автомобиля рассчитываем для двух типов дорог с асфальтобетонным покрытием и для грунтовой дороги.

f ₀ = 0,018- коэффициент сопротивления качению колес автомобиля по асфальтобетону;

f ₀ = 0,03 - коэффициент сопротивления качению колес автомобиля по грунтовой дороге.

Для расчета действующей на автомобиль силы сопротивления воздуха воспользуемся выражением вида:

, [Н]

К_в – коэффициент обтекаемости формы автомобиля;

S_x –площадь проекции автомобиля на плоскость перпендикулярную продольной оси, [м² ].

При известном значении безразмерного коэффициента аэродинамического сопротивления С_х = 0,91 можно легко определить значение коэффициента обтекаемости К_в по выражению, предложенному академиком Е.А. Чудаковым:

К_в = 0,5 × С_х × r _в , [кг/м³ ]

r _в = 1,225 , [кг/м³ ] – плотность воздуха.

К_в = 0,5 × 0,91 × 1,225 = 0,557375 [кг/м³ ]

Для нахождения площади Миделя автомобиля S_x воспользуемся выражением:

S_x = 0,78 × Ва Н, [м² ]

Ва = 1,630 [м] – колея передних колес

Н = 2,905 [м] - высота автомобиля.

S_x =1,630 × 2,905 = 4,73515 [м² ]

Значение максимального значения скорости - V_{a max} выбираем таким, чтобы оно было примерно на 10% больше наибольшего значения скорости, определенного для высшей передачи.

На графике тягового баланса должны быть нанесены линии, показывающие предельные величины сил сцепления ведущих колес, полностью загруженного автомобиля с дорогой, при следующих значениях коэффициента сцепления:

- = 0,8 - сухой асфальтобетон;

- = 0,6 - сухая грунтовая дорога;

- = 0,4 - мокрый асфальтобетон;

- = 0,2 - укатанная снежная дорога.

Значения предельных сил сцепления ведущих колес автомобиля с дорогой определяются по формуле:

F_сц = m_к × g × j , [Н]

m_к = 5815 [кг] - масса автомобиля, приходящаяся на заднюю ось.

Сила сцепления при ведущей задней оси:

График тягового баланса (Приложение) строим на основе данных, таблиц 4 и 5. На графике отмечаем два значения максимальных скоростей движения автомобиля V_{a max .} на дороге с асфальтобетонным покрытием для двух высших передач.

Таблица 5. Рассчитанные значения сил сопротивления движению заносим в таблицу 5.

3. Динамический фактор автомобиля

Динамический фактор автомобиля представляет собой совокупность динамических характеристик, номограммы нагрузок автомобиля и графика контроля буксования его колес. Динамический фактор автомобиля дает представление о динамических свойствах автомобиля при заданных дорожных условиях и нагрузке автомобиля.

Динамическая характеристика - это зависимость динамического фактора автомобиля с полной нагрузкой от скорости его движения D_i = f(V_a ). Графики динамического фактора строят для тех же условий движения, что и графики тягового баланса, т.е. для каждой передачи i. Динамическим фактором D автомобиля называется отношение разности силы тяги и силы сопротивления воздуха к весу автомобиля:

На графике динамической характеристики показываем также зависимость суммарного коэффициента сопротивления дороги y = f(V_a ), который в случае разгона автомобиля на ровной, горизонтальной поверхности дороги численно равен коэффициенту сопротивления качению:

y = f + tga, где a - угол подъема дороги.

Суммарный коэффициент сопротивления дороги в нашем случае равен коэффициенту сопротивления качения.

Полученные при расчетах динамического фактора автомобиля данные заносим в таблицу 6.

Таблица 6. Значения параметров динамического фактора автомобиля на 1,2,3,4-ой передачах

Таблица 7. Значение коэффициентов суммарного сопротивления движению автомобиля