Синтез и анализ эксплуатационных параметров автомобиля

Введение

Эксплуатационными свойствами автомобиля, определяющими приспособленность его конструкции к эффективному использовании в реальных условиях, являются вместимость (пассажиро- и грузовместимость), использование массы, тяговая и тормозная динамичность, топливная экономичность, устойчивость, управляемость, маневренность, плавность хода, проходимость, надежность(безотказность, долговечность, ремонтопригодность, сохраняемость), безопасность.

Эффективность как безразмерное отношение эффекта (положительного результата) к соизмеримым затратам на его производство может быть энергетической и стоимостной (экономической).

Поскольку автомобиль является преобразователем химической энергии топлива и атмосферного воздуха через тепловой поток продуктов сгорания G_т Н_u в поступательное движение массы m_г водителя, пассажиров, грузов или специально оборудования по дрогам, улицам и местности с мгновенной рабочей скоростью u_а,, то его эффект можно измерить полезным импульсом m_гu_а и полезной мощностью N_a поступательного движения в автомобиле полезной массы m_г,, а энергетическую эффективность автоперевозок - коэффициентом полезного действия (КПД) автомобиля h_а. При этом полезную (транспортную) работу автомобиля должно определять интегрированием мгновенной мощности N_a за время t, а стоимостную эффективность автомобиля – отношением цены (тарифа) к себестоимости полезной (транспортной) работы, измеряемой в физических единицах (МДж) с учетом динамического фактора автомобиля по двигателю D_г и сцеплению jl, показателей дорожных условий (j, f, i) и режимов движения (+ j). Все эти показатели, необходимые для графического определения коэффициента буксования d и рабочей скорости u_а, можно синтезировать в динамическом паспорте автомобиля, разработанном и применяемом на кафедре «Тракторы и автомобили» Вятской ГСХА с целью прогноза энергетической и стоимостной эффективности автомобилей и тракторов. В не кафедральных литературных источниках такого динамического паспорта нет.

Расчет и построение графика динамического паспорта автомобиля (лист 2) возможны после предварительного анализа конструкции автомобиля и условий его использования (глава 1). Модель, прототип или альтернативную конструктивную схему автомобиля и предлагаемое предприятие студент выбирает сам с перспективой использования результатов курсового проектирования в дипломном проекте, как правило комплексном.

1. Анализ конструкции автомобиля и условий его использования

 

Расчет внешней скоростной характеристики двигателя

В настоящее время на автомобилях используются главным образом поршневые двигатели внутреннего сгорания, приспособленные к устойчивому переносу мощности через трансмиссию к ведущим колесам в интервале частот вращения коленчатого вала от n_м при максимальном крутящем моменте М_{е max} до n_N при максимальной эффективной мощности

N_{e max} = M_eN w_eN = 0,105 M_eN n_N, (1.1)

где M_eN – крутящий момент при максимальной мощности, кНм;

Meн=0,36кНм.

w_eN – угловая скорость коленчатого вала при максимальной мощности, рад/с;

(1.2)

Nemax=114,912кВт.

При эксплуатации автомобиля часть эффективной мощности N_e расходуется потребителями, неучтенными при стендовых испытаниях двигателя, а также не может быть получена из-за отличия реальных атмосферных условий от стандартных при снятии внешней скоростной характеристики на стенде. Поэтому при использовании стандартной внешней характеристики для расчета тягово-скоростных показателей автомобиля все значения N_e необходимо умножить на коэффициент коррекции k_p = 0,93 – 0,96.

Если реальной внешней характеристики двигателя в графической или табличной формах нет, но известны N_{e max}, n_N, М_{е max} и n_м, то после определения коэффициентов приспособляемости:

 (1,3)

km=0,22

, (1.4)

kw=1,68 а также коэффициентов:

, (1.5)

a=0,74

0,74

, (1.6)

в=1,60

1,60

, (1.7)

с= 1,34

можно определить текущие значения крутящего момента по эмпирической зависимости:

, (1.8)

М_е – текущие значения крутящего момента, кНм;

M_eN – крутящий момент при максимальной мощности, кНм; согласно (1.1)

 ;

n – текущие значения частоты вращения коленчатого вала, мин^-1; принимаем не менее шести удобных и по возможности равномерно распределенных значений, включая n < n_м; n = n_м, n = n_N и n > n_N;

k_p – коэффициент коррекции стендовой внешней характеристики, принятый из интервала k_p=0,93-0,96.

Текущие значения эффективной мощности определяем по формуле:

N_e = M_e w_e » 0,105 М_е n, (1.9)

а текущие значения удельного расхода топлива из произведения:

g_e = g_eN k_n, (1.10) где:

g_e – текущее значение удельного расхода топлива, г/(кВт ч);

g_eN – удельный расход топлива при максимальной мощности N_maxг/(кВтч); принимаем из технической характеристики двигателя или из задания;

k_n – коэффициент влияния частоты вращения коленчатого вала на удельный расход топлива; определяем из графика [, с. 90] или из таблицы 1.

Таблица 1. Приближенные значения коэффициента k_n при отношениях:

n,об/мин	3240	3040	2840	2640	2440	2240	2040
n/n ном	0,720	0,675556	0,631	0,587	0,542	0,498	0,453
kn	0,95	0,96	0,97	0,975	0,98	0,99	1,01

При несовпадении значений отношения n/n_N табличные значения k_n интерполируем и уточняем при построении графика внешней скоростной характеристики двигателя на миллиметровой бумаге формата А4 (рис. 1), расчете эффективного КПД

(1.11)

и часового расхода топлива

G_t = 10^-3 g_e N_e, (1.12)

где Н_u – низшая теплота сгорания топлива;

Н_u » 44 кДж/г –автомобильный бензин;

После графической проверки расчетных значений M_e, N_e, g_e, h_е и G_t, включая их регуляторные (дизели) и ограничительные (карбюраторные двигатели грузовых автомобилей) «ветви», составляет таблицу 2:

Таблица 2. Внешняя скоростная характеристика двигателя при k_р = 0,93

n, мин	3240	3040	2840	2640	2440	2240	2040
Me,кНм	0,309	0,335	0,357	0,375	0,389	0,399	0,406
Ne,кВт	105,091	106,868	106,397	103,923	99,692	93,949	86,938
ge,г/кВт*ч	285,000	288,000	291,000	292,500	294,000	297,000	303,000
Gt, кг/ч	29,951	30,778	30,962	30,398	29,309	27,903	26,342
Не	0,287	0,284	0,281	0,280	0,278	0,275	0,270