Расчет внешней скоростной характеристики двигателя

2. Расчет внешней скоростной характеристики двигателя

 

Внешняя скоростная характеристика двигателя – это зависимость крутящего момента, мощности двигателя, расхода топлива от частоты вращения коленчатого вала при полной подаче топлива.

Определение минимальной частоты вращения коленчатого вала:

 

(2.1),

где - номинальная частота вращения коленчатого вала, рад/с.

(2.2) ,

где n – номинальная частота вращения коленчатого вала, об /мин.

  (рад/с)

 0,19×565 = 107 (рад/с)

Для построения внешней скоростной характеристики, зная значения максимальной и минимальной частот вращения коленчатого вала, разделим всю область значений ω на 9 примерно равных промежутков.

С помощью формулы Лейдермана определяем значения мощности двигателя  соответственно для каждого значения частоты вращения ω коленчатого вала

 

(2.3)

 где  - текущее значение мощности, кВт

 - номинальная мощность двигателя, кВт

 – текущее значение частоты вращения коленчатого вала, (рад/с)

- номинальная частота вращения коленчатого вала, (рад/с)

A, B, C – коэффициенты зависящие от типа двигателя (A, B, C=1)

Определим значение соответствующее значению ωдв=100 (рад/с)

 

==16,38 (кВт)

Аналогично определяем остальные значения мощности  для каждого значения частоты вращения коленчатого вала .

Определение крутящего момента двигателя

 

 (2.4)  

0,153 (кН × м)

Аналогичным образом определяем остальные значения .

Рассчитанные значения , ,  сводим в таблицу 2.1

По полученным данным (таблицу 2.1) строим внешнюю скоростную характеристику двигателя (Рисунок 1).

3. Тяговый расчет автомобиля

 

Определение скорости движения автомобиля

 

(3.1) ,

где r – радиус колеса, м.

(3.2)  ,

где:

d – посадочный диаметр колес, дюйм;

B – условная ширина профиля шины, мм;

λ – коэффициент высоты профиля шины;

∆ – коэффициент деформации шины.

В соответствии с параметрами шины ( раздел 1 ) d = 16 (дюймов) и B = 175 (мм), λ = 0,80 см, параметры шины в разделе 1.

Для радиальных шин ∆ = 0,14 – 0,2. Принимаем ∆ = 0,14.

Рассчитаем значения r:

 = 0,32 (м).

(3.3)  

где: Un – передаточное число k-той передачи,

Uo – передаточное число главной передачи.

Значения передаточных чисел всех передач приведены в разделе 1.

Определим значение Va для первой передачи при ω = 107 рад/с:

 = 2,30 (м/с).

Аналогичным образом определяем значения скорости движения автомобиля на других передачах и значениях ω.

Рассчитанные значения скорости сводим в таблицы 3.1 – 3.5.

Расчет сил, действующих на автомобиль.

Тяговая сила на ведущих колесах определяется по формуле:

(3.4) ,

где  - коэффициент полезного действия трансмиссии, которая зависит от типа и конструкции автомобиля, усредненные значения  для механических трансмиссии легкового автомобиля равны 0,9.

Определим первое значение тяговой силы на I-ой передаче:

=6.40 (кН)

Аналогичным образом определяем значения  автомобиля на других передачах и значениях ω и заносим их в таблицы 3.1 – 3.5.

Максимальное значение тяговой силы по сцеплению колес с дорогой Pсц определяем выражением:

(3.5) ,

где  - сцепной вес автомобиля (вес приходящийся на ведущие колеса), Н.

 - коэффициент сцепления с дорогой.

(3.6) ,

где  - полная масса автомобиля, кг.

g – ускорение свободного падения, м/с.

 = 0,7 - 0,8. Принимаем  = 0,8.

=6,57 (кН).

Сила сопротивления качению Pk определяется выражением:

(3.7)

где: Ga – вес автомобиля, Н;

f – коэффициент сопротивления качению.

f = 0,014-0,018. Принимаем f = 0,014.

= 0,21287 (кН).

Сила сопротивления воздуха рассчитывается по формуле:

(3.8) ,

где k – коэффициент обтекаемости;

F – площадь лобовой поверхности, ;

 – скорость движения автомобиля, м/с.

k = 0.35

(3.9) F = 0.78×B×H,

где B и H ширина и высота автомобиля соответственно, м.

F = 0.78×1,68×1,64= 2,15 ().

Рассчитаем значения  на первой передаче:

 = 0,0030 (кН).

Остальные значения  на других передачах рассчитываем аналогично

приведенному примеру и заносим полученные данные в таблицы 3.1 – 3.5.

Строим тяговую характеристику автомобиля (Рисунок 2).

Расчет динамического фактора автомобиля

Динамически фактор – это удельная избыточная тяговая сила, которая затрачивается на преодоление дорожных сопротивлений и разгон автомобиля.

(3.10)  - формула для определения динамического фактора.

Пример расчета:  = 0,54

Таким же образом рассчитываем остальные значения динамического фактора и заносим их в таблицу 3.1 – 3.5.

Динамически фактор по сцеплению с дорогой рассчитывается по формуле:

(3.11) ,

где  - коэффициент сцепления с дорогой.

 = 0,8.

 = 0,553

Строим динамическую характеристику автомобиля (Рисунок 3).

Определение ускорения автомобиля

Выражение для определения ускорения автомобиля имеет вид:

(3.12) ,

где  - суммарный коэффициент дорожных сопротивлений;

g – ускорение свободного падения, м/с.

- коэффициент учета вращающихся масс.

(3.13)  ,

 - уклон дороги, .

Так как расчет ведется для сухой горизонтальной асфальтобетонной дороги, то =0.

Поэтому справедливо равенство:

(3.14)  ,

где Uk – передаточное число k-той передачи;

- 0,04-0,08. Принимаем  = 0,08.

Рассчитаем значение  на I -ой передаче:

= 2,12

Остальные значения на других передачах рассчитываем аналогично приведенному выше примеру.

Значение  на всех передачах:

=2,12; = 1,34;  1,18;  1,12;  1,09.

Для примера определим одно из значений ускорения автомобиля на I-ой передаче:

= 1.88 (м/с).

Аналогично приведенному примеру рассчитываем остальные значения ускорения на других передачах и заносим их в таблицы 3.1-3.6.

Строим график ускорения автомобиля на всех передачах в  и  – координатах (Рисунок 4).

Для каждого из рассчитанных значении  определяем обратную величину  и заносим полученные значения в таблицы 3.1 – 3.5.

Строим графическую зависимость в , Va – координатах (Рисунок 5).

Определение времени разгона автомобиля

Для определения времени разгона автомобиля до какой-либо скорости необходимо разбить всю область под кривыми графика в , – координатах на вертикальные участки, нижние основания которых – отрезки оси абсцисс, а верхние представляют собой части кривых графика. Рассчитав значения площадей , всех участков, можем определить время разгона автомобиля до скорости соответственно  по формуле:

(3.15)

где: =- площадь k-го участка, мм(l- длинна основания, h- средняя высота);

- масштаб скорости автомобиля Va на графике обратной ускорению величины ;

- масштаб величины .

Полученные результаты заносим в таблицу 3.6.

Строим график времени разгона автомобиля (Рисунок 6).

Определение пути разгона автомобиля

Для определения пути разгона разбиваем все пространство по левую сторону от кривой времени разгона автомобиля на 9 горизонтальных областей, левые основания которых - отрезки на оси координат  , а правые представляют собой участки кривой времени разгона.

Рассчитав значения площадей  всех областей, можем рассчитать путь разгона …, который необходимо проехать автомобилю для разгона до скорости  по формуле:

(3.16) ,

где: - масштаб времени разгона автомобиля , .

Рассчитаем значения пути разгона …до скорости соответственно .

Полученные значения запишем в таблицу 3.7.

Строим график пути разгона автомобиля (Рисунок 7).

Расчет и построение графика пути торможения автомобиля

Тормозные свойства автомобиля можно оценить величиной минимального тормозного пути за время торможения с максимальной эффективностью. Для этого используем зависимость :

(3.18)  ,

где:  – скорость автомобиля;

 - время запаздывания тормозов (принимаем = 0,05с);

- время нарастания ( принимаем  = 0,4с).

Считаем два варианта торможения: на сухой и мокрой дороге с асфальтобетонным покрытием с коэффициентами

 = 0,8 – сухая дорога;

 = 0,3 – мокрая дорога.

Полученные значения занесем в таблицу 3.8.

Строим график пути торможения автомобиля (Рисунок 8).