Составление кинематической схемы и расчет КПД трансмиссии

1.3  Составление кинематической схемы и расчет КПД трансмиссии

Кинематическую схему трансмиссии в стандартных обозначениях структурных элементов составляем на листе1 формата А1 по данным технического описания и каталога, выделяя все нагруженные детали и сопряжения, а также регулируемые в процессе эксплуатации и после ремонта.

Суммарную мощность, теряемую в трансмиссии, определяем по формуле

N_тр = (1 – 0,98^k×0,97^l×0,995^m) N_e + N_{тр o}, (1.13)

а КПД трансмиссии – по формуле

h_тр = 0,98^k×0,97^l×0,995^m – , (1.14)

где k и l – число соответственно цилиндрических и конических или гипоидных зубчатых пар, через которое последовательно передается мощность;

m – число карданных шарниров, через которое передается мощность; m=4

N_{тр o} – мощность, теряемая в трансмиссии на холостом ходу, кВт; принимаем из интервала (о,03 – 0,05) N_emax.

Надежность и безопасность автомобиля, дороги и водителя

Надежность, включая в себя безотказность, ремонтопригодность и сохраняемость, являются комплексным общетехническим свойством любого изделия, в том числе автомобиля, автомобильной дороги и улично-дорожной сети. Однако СНиП 2.05.02. – 85 и СНиП 2.07.01 -89* соответственно автомобильные дороги и улично-дорожные сети общетехнической надежностью не оценивают.

С учетом ГОСТ 27.002-89 надежность автомобиля – это свойство автомобиля сохранять во времени в установленных пределах знания всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции (транспортную работу) в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, хранения и транспортирования. автомобильные дороги и улично-дорожные сети могут иметь подобное определение своей надежности – свойства автомобильной дороги и улично-дорожные сети сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции (обеспечивать движение транспортных средств) в заданных режимах и условиях содержания, ремонта и эксплуатации. Однако одним определением безнадежные российские дороги и улично-дорожные сети в надежные без содержания, ремонта, реконструкции и строительства не превратить.

Безотказность автомобиля – это свойство автомобиля непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или наработки. При таком определении безотказность живучесть автомобиля – это свойство автомобиля сохранять ограниченную работоспособность при воздействиях, не предусмотренных условиями нормальной эксплуатации, но возникающих в реальной эксплуатации на российских дорогах и улицах, а безопасность автомобиля - это свойство автомобиля не создавать угрозу для жизни и здоровья участникам дорожного движения в случае нарушения работоспособного состояния (отказа). Однако у конструктивного безопасного и технически исправного автомобиля отказ в форме неуправляемости траекторией и скоростью движения может возникнуть из-за предельно опасного состояния дороги, спроектированной и построенной согласно СНиП 2.05.02-85, но оледеневшей и недопустимо скользкой или имеющей засыпанные снегом просадки и выбоины на проезжей части и обочинах. Поэтому вероятную опасность автомобиля, дороги и среды как их объективную особенность создавать угрозу для жизни и здоровья водителя и других участников дорожного движения необходимо определить одинаково и синтезировать результаты их раздельного анализа в прогнозируемую вероятность опасностей динамичной системы ВАДС, исходно опасной, а не безопасной. Так называемая »конструктивная безопасность автомобиля» является рекламно-техническим термином, противоречащим юридическому определению автомобиля как средства повышенной опасности, особенно при управлении опасным водителем и движении по опасной дороге в опасной среде.

Проведенные в Англии исследования показали, что 80% водителей не совершают ДТП, 15% водителей совершают 70% всех ДТП, 5% водителей совершают 30% всех ДТП. Наши исследования показали, что 69% всех водителей не совершают ДТП, 12% совершают 33% всех ДТП, а 19% водителей совершают оставшиеся 67% ДТП» [ c. 139]. Следовательно, большинство безопасных водителей как-то обнаруживает опасности для движения и предотвращает ДТП, а меньшинство опасных водителей совершает ДТП, превращая себя и других в жертвы.

2. Расчет и построение динамического паспорта

При заданных модели автомобиля, скорости встречного или попутного ветра u_w=0 м/с и коэффициенте сцепления колес с сухим шероховатым покрытием j_ос исходными данными для расчета и построения графиков динамического (тягово-тормозного паспорта) паспорта на листе 2 формата А1 являются:

- грузоподъемность q=6 т;

- собственная масса в снаряженном состоянии m_о=4,3 т;

- коэффициенты нормальной нагрузки ведущих колес («развесовка»)

l_о=0,51 и l_q=0,75;

- радиус качения ведущих колес r_к=0,48 м, принимаемый равным статическому и динамическому радиусам;

- передаточные числа трансмиссии u_тр на всех передачах переднего хода;

- внешняя скоростная характеристика двигателя, рассчитанная в 1 и перенесенная в таблицу 4

При наличии действительных значений этих показателей задаваемая по желанию студента модель автомобиля и условия его использования могут быть любыми.

Теоретическую скорость u_т определяем расчетом при коэффициенте буксования d=0 на всех передачах и всех табличных значениях частоты вращения n.

Силу сопротивления воздуха Р_w при табличных значениях расчетной скорости u_т и заданной скорости u_w встречного (+) или попутного (-) ветра определяем по формуле

Р_w = k_w F (u_т ± u_w)²×10^-3, (2.1)

где Р_w – сила сопротивления воздуха, кН;

u_т и u_w - скорости автомобиля и ветра, м/с;

k_w – коэффициент обтекаемости, Н с²/м⁴;

согласно [1, с. 42] k_w принимаем из интервалов:

- 0,20 – 0,35 – легковые автомобили;

- 0,45 – 0,55 – автобусы капотной компоновки;

- 0,35 – 0,45 – автобусы вагонной компоновки;

- 0,50 – 0,70 – грузовые автомобили с бортовой платформой и самосвалы;

- 0,55 – 0,65 – автоцистерны;

- 0,50 – 0,60 – автофургоны;

- 0,85 – 0,95 – автопоезда;

- 0,15 – 0,20 – гоночные автомобили;

F – площадь лобового сопротивления, м²; согласно [1, с. 42] определяем по формулам:

F = B Н_г – грузовые автомобили с шириной колеи передних колес В и габаритной высотой Н_г, м²;

F = 0,8 B Н_г – легковые автомобили с габаритной шириной В_г и габаритной высотой Н_г, м².

Рассчитанные по формуле (1.13) значения КПД трансмиссии h_тр заносим в таблицу 4.

Полную окружную силу ведущих колес Р_ко определяем по формуле

Таблица 4 Расчетная динамическая характеристика снаряженного автомобиля при факторе обтекаемости k_wF=22 Н с²/м² и скорости ветра u_w=0м/с

Передача	n, об/мин	Vt, км/ч	Pw, кН	Me, кНм	Нтр	Pко. кН	Do	Ne,кВт	Gт. кг/ч	Не	Uтр
1	3240	12,21	0,038	0,309	0,85	26,15	0,62	105,09	29,95	0,29	48
	3040	11,46	0,033	0,335	0,85	28,36	0,67	106,87	30,78	0,28	48
	2840	10,71	0,029	0,357	0,85	30,21	0,72	106,40	30,96	0,28	48
	2640	9,95	0,025	0,375	0,85	31,72	0,75	103,92	30,40	0,28	48
	2440	9,20	0,022	0,389	0,84	32,87	0,78	99,69	29,31	0,28	48
	2240	8,44	0,018	0,399	0,84	33,67	0,80	93,95	27,90	0,28	48
	2040	7,69	0,015	0,406	0,84	34,10	0,81	86,94	26,34	0,27	48
2	3240	22,21	0,126	0,309	0,85	14,38	0,34	105,09	29,95	0,29	26,4
	3040	20,84	0,111	0,335	0,85	15,60	0,37	106,87	30,78	0,28	26,4
	2840	19,47	0,096	0,357	0,85	16,62	0,39	106,40	30,96	0,28	26,4
	2640	18,10	0,083	0,375	0,85	17,45	0,41	103,92	30,40	0,28	26,4
	2440	16,73	0,071	0,389	0,84	18,08	0,43	99,69	29,31	0,28	26,4
	2240	15,35	0,060	0,399	0,84	18,52	0,44	93,95	27,90	0,28	26,4
	2040	13,98	0,050	0,406	0,84	18,75	0,44	86,94	26,34	0,27	26,4
3	3240	39,62	0,400	0,309	0,85	8,06	0,18	105,09	29,95	0,29	14,8
	3040	37,17	0,352	0,335	0,85	8,74	0,20	106,87	30,78	0,28	14,8
	2840	34,72	0,307	0,357	0,85	9,32	0,21	106,40	30,96	0,28	14,8
	2640	32,28	0,265	0,375	0,85	9,78	0,23	103,92	30,40	0,28	14,8
	2440	29,83	0,227	0,389	0,84	10,14	0,23	99,69	29,31	0,28	14,8
	2240	27,39	0,191	0,399	0,84	10,38	0,24	93,95	27,90	0,28	14,8
	2040	24,94	0,158	0,406	0,84	10,51	0,25	86,94	26,34	0,27	14,8
4	3240	61,72	0,970	0,309	0,85	5,17	0,10	105,09	29,95	0,29	9,5
	3040	57,91	0,854	0,335	0,85	5,61	0,11	106,87	30,78	0,28	9,5
	2840	54,10	0,745	0,357	0,85	5,98	0,12	106,40	30,96	0,28	9,5
	2640	50,29	0,644	0,375	0,85	6,28	0,13	103,92	30,40	0,28	9,5
	2440	46,48	0,550	0,389	0,84	6,51	0,14	99,69	29,31	0,28	9,5
	2240	42,67	0,464	0,399	0,84	6,66	0,15	93,95	27,90	0,28	9,5
	2040	38,86	0,384	0,406	0,84	6,75	0,15	86,94	26,34	0,27	9,5
5	3240	90,90	2,104	0,309	0,85	3,51	0,03	105,09	29,95	0,29	6,45
	3040	85,29	1,852	0,335	0,85	3,81	0,05	106,87	30,78	0,28	6,45
	2840	79,68	1,617	0,357	0,85	4,06	0,06	106,40	30,96	0,28	6,45
	2640	74,07	1,397	0,375	0,85	4,26	0,07	103,92	30,40	0,28	6,45
	2440	68,46	1,193	0,389	0,84	4,42	0,08	99,69	29,31	0,28	6,45
	2240	62,85	1,006	0,399	0,84	4,52	0,08	93,95	27,90	0,28	6,45
	2040	57,23	0,834	0,406	0,84	4,58	0,09	86,94	26,34	0,27	6,45

, (2.2)

а динамический фактор автомобиля в снаряженном состоянии – по формуле

. (2.3)

Эффективный КПД двигателя можно выразить и рассчитать по формуле при Н_u » 44 или 42,5 МДж/кг соответственно для бензинов и дизельных топлив всех марок.

График коэффициента буксования d строим по ориентировочным данным таблицы 5.

Таблица 5. Ориентировочные значения d при:

	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0
d	0,003	0,008	0,018	0,034	0,053	0,083	0,126	0,216	0,414	1,0

График коэффициентов сцепления шин с сухим (j_uс), мокрым (j_uм), мокрым и загрязненным (j_uмз) дорожным покрытием рассчитываем по соотношениям таблицы 6 с учетом экспериментальных данных Э.Г. Подлиха и заданного значения j_ос.=0,8

Таблица 6. Ориентировочные соотношения коэффициентов сцепления

Vт. км/ч	0	10	80	100
φvc	0,8	0,8	0,416	0,4
φvm	0,536	0,536	0,28	0,264
φms	0,264	0,264	0,144	0,136

Графики D_o = f (u_т) на всех передачах переднего хода у автомобилей с дизелями должны иметь регуляторные, а у грузовых автомобилей и автобусов с карбюраторными двигателями, - ограничительные «ветви» - наклонные прямые, плавно переходящие в кривые корректорных «ветвей», изображающих кратковременно допустимую перегрузку и начальный участок режима заглохания перегруженного двигателя. Построение этих графиков по данным колонок u_т и D_о в таблице 4 можно осуществлять в любой последовательности, но лучше начинать с номинальных значений (при N_{e max}), которые должны лежать на общей касательной гиперболе, описывающей динамические возможности автомобиля с ДПМ (дизелем постоянной мощности). Автомобильные дизели с обычной (положительной) коррекцией цикловой подачи топлива и, тем более, «двухрежимные» (с отрицательной при больших и положительной при малых частотах n (скоростях u_т) существенно отличаются от ДПМ в сторону меньшей приспособляемости к преодолению переменных дорожных сопротивлений y.

Тягово-тормозной паспорт автомобиля на листе 2 формата А1 проще строить последовательности:

- отступив от левого верхнего угла со стороной 841мм примерно на 50мм вниз и вправо, начертить левый квадрат 250х250мм, центральный прямоугольник 400х250 + 200 мм и правый прямоугольник 80х250 мм с общей верхней стороной 730мм;

разделить левое и центральные поля будущих графиков квадратной масштабной сеткой 50х50 мм, а правое поле - вертикалями через 20мм;

- нанести символы, значения и единицы измерения на шкалах:

d, D_o, j_u, y, l ® 0; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0;

j_хт ® 0, 2, 4, 6, 8,м/с² 10;

 ® 0; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0;

S_т 0,50; 100; 150; 200; 250; 300; 350м; 400;

Г ® 1, 2, 3, 4, 5;

u_а ® 0, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35 м/с 40;

0, 18,36, 54, 72, 90, 108, 126 км/ч 144;

h_е ® 0; 0,1; 0,2; 0,3; 0,4;

N_е ® 0, 50, 100, 150 кВт 200 (или иные значения, включающие N_{е, max} и удобные для отчета);

- повторить значения левой вертикальной шкалы на второй справа вертикальной шкале (при Г = 1) и ее нижний интервал 0 - 0,2 разделить на десять интервалов по 5 мм в каждом;

- разделить правую вертикальную шкалу (при Г = 5) на десять интервалов по 25мм в каждом и их границы соединить лучами с границами тех же интервалов на второй справа вертикальной шкале; нанести символ и значения правой вертикальной шкалы:

y ® 0, 0,02; 0,04; 0,06;…; 0,20;

- используя таблицу 2.1, построить на верхнем центральном поле кривые D_o = f(u_т), а под ними на нижнем центральном поле; - кривые N_е = f(u_т) и h_е = f(u_т) на всех передачах переднего хода;

- используя таблицу 2.3, построить на верхнем центральном поле кривые j_uс, j_uм и j_uмз = f(u_т); соединить лучами «сеточные» значения скорости u_а (5, 10, 15, 20, 25, 30, 35 м/с) с полюсом, имеющим координаты u_т = 0, D_o = 1,0,  = 1 и S_т = 0;

- используя таблицу 5, построить на левом поле кривую d = f; «сеточные» значения «второй» слева вертикальной шкалы, одинаковые со значениями 0,2; 0,4; 0,8; на левой шкале, соединить диагоналями с такими же значениями на верхней левой шкале, соединить диагоналями с такими же значениями на верхней левой шкале , а лучами, - с полюсом в нижнем левом углу, имеющим координаты j_хт = 10 м/с² и d, D_o, j_u, y, l = 0;

- используя данные технической характеристики, определить значения коэффициента нормальной нагрузки ведущих колес неполноприводного автомобиля l_о в снаряженном и l_q в полностью груженом состоянии, полученное значение l_о в масштабе левой вертикальной шкалы отложить на второй справа вертикальной шкале (при Г = 1), а l_q - на вертикальной шкале, проходящей через значение

Г_q = 1 + ;

полученные точки соединить прямой линией;

- принимая удобные для отчета и построения графика значения для отчета и построения графика значения Г_i > Г_q, рассчитать значения

(2.4)

и построить гиперболическую часть графика l = f(Г).

Графики j_хт = f (j_u, t), u_ат = f (j_хт, t) и s_тс = f (u_ат, t), характеризующие тормозную часть динамического паспорта автомобиля, строим после графоаналитического определения показателей эффективности автомобиля в тяговом режиме.

Графическое определение рабочей скорости и расчет показателей эффективности

Поскольку необходимое условие ускоренного и равномерного движения груженого автомобиля имеет вид

, (2.5)

а графики D_o = f (u_т) рассчитаны и построены при Г=1, то при любых значениях Г > 1 значения динамического фактора груженого автомобиля по двигателю

, (2.15)

сравниваемые со значением коэффициента y, можно определить по графикам D_o = f (u_т), изменяя масштаб их ординат в Г раз. Множество таких масштабов при фиксированных значениях y на правой шкале образует лучи – линии одинаковых значений D_г = y при разных значениях Г. Поэтому известные значения Г и y, отмечаемые соответственно на верхней (или нижней) и правой шкалах входными стрелками и последующими пунктирными линиями по вертикале и лучу до точки пересечения друг с другом, определяют ординату D_г, переносимую по горизонтальной пунктирной лини до пересечения с правой кривой D_o = f (u_т), и далее до правой шкалы левого поля. Эта точка на правой шкале (шкале времени в тормозной части паспорта) является первым «входом» D_г в график количественного учета буксования d = f (D_г/j_ul) в рабочей скорости u_а. Еще два «входа» в этот график (l и j_uс, j_uм или j_uмз) определяются проектированием по горизонталям точки пересечения вертикали Г с кривой l на правом поле точки пересечения графика j_uс, j_uм или j_uмз = f (u_т)с пунктирной вертикалью, проходящей через точку пересечения пунктирной горизонтали D_г с правой кривой D_o = f (u_т).

Таким образом, на правой шкале левого поля получается три входа в график количественного учета сомножителя (1 - d) в формуле (2.1). Этот сомножитель можно определить двойным графическим делением на левом поле: ординату D_г (делимое) спроектировать по горизонтали, а ординату j_u (делитель) – по лучу, точку их пересечения спроектировать по вертикали на верхнюю шкалу, полученный на ней промежуточный результат D_г/j_u перенести по диагональной сетке на правую шкалу, полученную ординату спроектировать по горизонтали до пересечения с лучом из ординаты l, а точку их пересечения спроектировать по вертикали до пересечения с кривой d. Эта точка делит проходящую через нее единичную вертикаль на нижнюю d и верхнюю (1 - d) части. Графическое умножение (1 - d) на значение u_т, определенное аргументом точки пересечения правой (или любой) кривой D_o с горизонталью ключа пользования, обеспечивает лучевая номограмма в верхней части центрального поля скоростей. Луч, уходящий в полюс из найденного значения u_т, аргументом точки пересечения с горизонталью, проходящей через значение d на кривой, определяет рабочую скорость u_а, а проходящая через нее вертикаль – значения N_e и h_е на нижней части центрального поля. Следовательно, при известной массе m_г все показатели формулы (2.4) оказываются известными и позволяют рассчитать значение КПД автомобиля h_а и себестоимость его полезной работы С_а по формуле (2.8). Однако до графического определения рабочих скоростей и последующего расчета показателей эффективности необходимо конкретизировать условия автоперевозок и задать соответствующие им состояния дорожного покрытия (j_uс, j_uм или j_uмз) и значения коэффициентов y и Г. Результаты такого графоаналитического прогноза эффективности автомобиля можно оформить таблицей 7.

Таблица 7 Прогноз эффективности автомобиля

Условия	f	i	ψ	Г	λ	Va	φv	ηe	Ne	Na	ηa	Ca
1	0,02	0	0,02	2	0,68	86	0,38	0,28	108	28,12	0,073	127,85
2	0,019	0,01	0,02	2,4	0,75	78	0,24	0,275	106	26,81	0,066	122,35
3	0,008	0,012	0,02	3	0,67	66	0,12	0,27	98	22,90	0,059	121,81

В строке 1 условия перевозок можно принять наиболее благоприятными (y = f £ 0,02, Г = Г_q и j = j_uс), в строке 2 вместо i = 0 i_max, а в строке 3 экстремальными, но обеспечивающими условие. При этом ключ пользования на листе 2 можно изобразить стрелками и пунктирными линиями только для одного, наиболее важного варианта, обоснованного текстовой частью.

Значения экономических и эксплуатационных показателей (Ц_тм, а, Б_а, З_от, П_а, g, L, b) можно принять ориентировочными, в том числе а » 0,4, П_а = 0, g = b = 1 и j = 0.