Исследование тягово-скоростных свойств и топливной экономичности автомобиля в заданных условиях эксплуатации

Задание

На курсовую работу по дисциплине

«Математические модели движения машин»

Тема: Исследование тягово-скоростных свойств и топливной экономичности автомобиля в заданных условиях эксплуатации

Марка автомобиля ВАЗ-2114

Тип дороги мокрый асфальт

Содержание

1.Исходные данные для расчетов

2.Расчет и построение внешней скоростной характеристики двигателя

3. Расчет КПД и передаточных чисел трансмиссии

4.Расчет показателей тяговой характеристики

5. Расчет и построение динамического паспорта

6. Расчет и построение мощностной характеристики

7. Оценка разгонных свойств АТС. Расчет и построение

графиков ускорений, времени и пути разгона

8. Расчет и построение топливно-экономической характеристики

Список литературы

 

1. Исходные данные

ВАЗ-2114 «Самара-2» - пятидверный хэтчбек <#"869180.files/image001.gif">0,04

Коэффициент эксплуатационной загрузки

1

КПД цилиндрической пары зубчатых колес

0,98

КПД конической пары зубчатых колес

0,97

КПД карданного шарнира

0,995

Коэффициент сопротивления качению (табличный)

0,025

Коэффициент сцепления колес с дорогой

0,6

Коэффициент аэродинамического сопротивления, Н.с2/м4

0,35

2.      Расчет и построение внешней скоростной характеристики двигателя

Оценка приспособляемости ДВС.

Коэффициент приспособляемости характеризует способность двигателя преодолевать кратковременные перегрузки без переключения передач.

Расчетные формулы:

Эффективная мощность двигателя для интересующего режима работы, кВт;

N_e=N_Hl_д(а+bλ_д-сλ_д²) (2.1)

Для 800 об/мин N_e =57,29,54 кВт

Эффективный крутящий момент на коленчатом валу, H∙м;

М_е=9500(N_e/n_д) (2.2)

Для 800 об/мин М_е =9550(9,54/800)=113,88 Нм

Эффективный удельный расход топлива, г/кВт∙ч

g_e=g_e(N)∙(a-b)(2.3)

Для 800 об/мин g_e =280∙(1-1∙(800/5600)+1∙(800/5600)²)=245 г/кВт∙ч

где: N_H=N_{e max} - номинальная(максимальная) мощность двигателя, кВт;

n_д - текущая(интересующая) частота вращения коленчатого вала, об/мин;

n_N - частота вращения коленчатого вала,двигателя соотвествующая максимальной мощности двигателя об/мин;

g_e(N) - Удельный расход топлива при номинальной мощности, г/кВт∙ч;

a,b,c - коэффициенты, выбираемые с учетом типа двигателя при расчете N_e ;

a=b=c=1;

Таблица 2- Расчет выходных данных ДВС

nд об/мин	Ne,	Ме,	ge, г/(кВт∙ч)	Примечание
	кВт	Н∙м
800	9,543505	113	245	Nн =57,2
1000	12,19093	116	238	nн =5400
2000	26,12549	125	215	Kω = 1,8
3000	39,62414	126	211	Kм =1,16
4000	50,50734	121	226
5000	56,59554	108	261
6000	55,70919	89	315

Коэффициенты приспособляемости ДВС.

 Коэффициент приспособляемости по нагрузке;

K_м=М_емах/М_н=126/108=1,16; (2.4)

Коэффициент приспособляемости по частоте вращения

K_w=n_н/n_м,= 5400/3000=1,8;(2.5)

где М_емах -максимальный крутящий момент двигателя (из табл. 2), Н∙м;

n_м - частота вращения коленчатого вала при М_{е мах,} об/мин;

n_н - частота вращения коленчатого вала при N_{е мах,} об/мин;

М_H - момент при номинальной(максимальной) мощности двигателя, Н∙м;

В бензиновых двигателях коэффициент приспособляемости 1,25...1,35. Результат 1,16 - ниже нормы. Двигатель не тяговит.

Графическая зависимость - рис. 1.

Ne - эффективная мощность двс.

Me - Крут. Момент двс.

ge − удельный эффективный расход топлива

 

3. Расчет КПД и передаточных чисел трансмиссии

Рис. 2. Кинематическая схема трансмиссии автомобиля

Расчет КПД и передаточных чисел.

КПД трансмиссии:

, где

 коэффициент холостых потерь

коэффициент эксплуатационной загрузки (=1)

КПД цилиндрической пары

количество работающих пар

КПД карданного шарнира

число шарниров

Таблица 2. Принятые значения коэффициентов

передача
I - V	0.98	2	0.995	2	0.95

Передаточные числа трансмиссии

 передаточное число коробки передач;

передаточное число главной передачитр1=3,64х3,9=14,2тр2=1,95 х3,9=7,6тр3=1,36 х3,9=5,3тр4=0,94х3,9=3,67тр5=0,78х3,9=3,04

4.Расчет показателей тяговой характеристики

Линейная скорость движения автомобиля

 (4.1)

При 800 об/мин на первой передаче υ=(102/14,2)∙ 0,265=1,9 м/с;

=3,6=3,6∙1,9=6,84;(4.2)

где - частота вращения карданного вала ;

 - статический радиус качения колеса, м;

Тяговая сила на ведущих колеса

 (4.3)

 При 800 об/мин на первой передаче (113∙13,43∙0,88)/0,265=5207 Н

Сила сопротивления воздуха .

  (4.4)

При 800 об/мин на первой передаче P_w=0,35∙1,8∙1,62²=1,7 Н

F =  - для легковых автомобилей;(4.5)

F=0,78∙1,65∙1,402=1,8 м²

где  площадь лобовой поверхности, м²;

 - габаритная ширина автомобиля, м;

 - габаритная высота автомобиля, м;

,78 - коэффициент заполнения площади

Сила сопротивления качению колес

 (4.6)

При 800 об/мин на первой передаче P_f =0,018∙1395∙9,81=246 Н

где =- для шин с радиальным кордом;

При 1000 об/мин на первой передаче =0,018∙(1+(0,00216)=0,018

Сила тяги по сцеплению (сила сцепления ведущих колес с дорогой) в продольном направлении

 (4.8)

 

P_kφ=0,4∙700∙9,81=2744 Н

где  коэффициент сцепления колес с дорогой

 сила, прижимающая ведущие колеса к дороге (сцепной вес), Н;

m_i - масса, приходящаяся на ведущую ось, кг;

Данные расчетов см. табл. 3, график - рис. 3

Таблица 3-Расчет показателей тяговой характеристики

Пере-дача	nд обороты	V, м/с скорость	Pk, H сила тяги	Pw, H сила сопротивления воздуха	Pf, H сопр. Кач.	Pw+Pf, H
I	800	1,62	5095,6	1,7	246,4	248,1
	1000	2,1	5207,3	2,6	246,6	249,2
	2000	4,1	5579,7	10,3	248,0	258,3
	3000	6,2	5641,8	23,2	250,5	273,7
	4000	8,2	5393,5	41,3	253,9	295,2
	5000	10,3	4834,9	64,5	258,3	322,8
	6000	12,4	3966,0	92,9	263,6	356,5
II	800	3,1	2792,7	5,7	247,2	252,9
	1000	3,8	2792,7	9,0	247,8	256,8
	2000	7,7	2992,4	35,9	252,9	288,8
	3000	11,5	3025,7	80,8	261,3	342,1
	4000	15,4	2892,6	143,6	273,2	416,8
	5000	19,2	2593,0	224,4	288,5	512,9
	6000	23,1	2127,0	323,1	307,2	630,2
III	800	4,4	1943,4	11,9	248,3	260,2
	1000	5,5	1943,4	18,5	249,6	268,1
	2000	11,0	2082,4	74,1	260,1	334,2
	3000	16,6	2105,6	166,8	277,6	444,4
	4000	22,1	2012,9	296,5	302,1	598,6
	5000	27,6	1804,5	463,3	333,7	797,0
	6000	33,1	1480,2	667,1	372,2	1039,3
IV	800	6,0	1432,2	21,8	250,2	272,0
	1000	7,5	1432,2	34,1	252,5	286,7
	2000	15,0	1534,6	136,5	271,9	408,4
	3000	22,5	1551,7	307,1	304,1	611,3
	4000	30,0	1483,4	546,0	349,3	895,3
	5000	37,5	1329,7	853,1	407,4	1260,5
	6000	45,0	1090,8	1228,5	478,3	1706,8
V	800	7,6	1122,8	35,5	252,8	288,3
	1000	9,6	1122,8	55,5	256,6	312,1
	2000	19,1	222,1	288,1	510,1
	3000	28,7	1216,5	499,7	340,5	840,2
	4000	38,2	1163,0	888,3	414,0	1302,3
	5000	47,8	1042,5	1387,9	508,5	1896,4
	6000	57,4	855,2	1998,6	624,0	2622,6

Рис. 3. Тяговая характеристика автомобиля

Pf − сила сопротивления качению.− сила сопротивления воздуху.ϕ − сила сцепления ведущих колеса автомобиля с дорогой.

Pk - Тяговая сила на ведущих колеса.

трансмиссия топливный двигатель

5. Расчет и построение динамического паспорта

Динамический фактор автомобиля (коэф. динамичности по тяге):

 (5.1)

При 800 об/мин на первой передаче D=(5095-1,7)/(1395∙9,81)=0,373

 где

Расчеты сведены в табл. 5.

Динамический фактор по сцеплению:

 = =0,4∙0,50=0,2(5.2)

где - коэффициент нагрузки ведущих колес:

= - для АТС классической схемы. (5.3)

=700/1395=0,50

 = =0,4∙0,721=0,288

=700/970=0,721

Масштаб шкалы следует выбрать из соотношения:

 = =45∙(970/1325)=33мм (5.4)

где  - цена деления шкалы D, мм;

- цена деления шкалы D₀, мм;

 - снаряженная масса, кг;

- полная масса, кг.

Коэффициент сопротивления качению с учетом влияния скорости движения АТС - см. табл. 3, данные расчетов см. табл. 4.1-4.2, динамический паспорт - рис. 4.

Таблица 4.1 -Динамический фактор нанограммы нагрузок:

Полная масса	Снаряженная масса
= =0,1∙0,5=0,05 = =0,1∙0,721=0,07

 = =0,2∙0,5=0,10

 = =0,2∙0,721=0,14

 = =0,3∙0,5=0,15

 = =0,3∙0,721=0,22

 = =0,4∙0,5=0,20

 = =0,4∙0,721=0,29

Таблица 4.2 - Расчет показателей динамического паспорта.

Передача	1			2				3			4				5
	v1	D	D0	v2	D		D0	v3	D	D0	v4	D		D0	v5	D	D0
800	1,6	0,373	0,54	3,1		0,199	0,29	4,4	0,138	0,20	6,0		0,101	0,15	7,6	0,078	0,11
1000	2,1	0,36	0,55	3,8		0,21	0,29	5,5	0,13	0,20	7,5		0,10	0,15	9,6	0,08	0,11
2000	4,1	0,39	0,59	7,7		0,22	0,31	11,0	0,14	0,21	15,0		0,10	0,15	19,1	0,07	0,10
3000	6,2	0,40	0,59	11,5		0,22	0,31	16,6	0,14	0,20	22,5		0,09	0,13	28,7	0,06	0,08
4000	8,2	0,38	0,56	15,4		0,21	0,29	22,1	0,12	0,18	30,0		0,07	0,10	38,2	0,03	0,03
5000	10,3	0,34	0,50	19,2		0,19	0,25	27,6	0,10	0,14	37,5		0,04	0,05	47,8	0,00
6000	12,4	0,29	0,41	23,1		0,15	0,19	33,1	0,07	0,09	45,0		0,00		57,4	05

Рис. 4. Динамический паспорт

D − динамический фактор автомобиля по условиям тяги;

Dϕ − динамический фактор автомобиля по условиям сцепления

6. Расчет и построение мощностной характеристики

Расчетные формулы:

Мощность, подведенная к ведущим колесам с использованием возможностей двигателя и трансмиссии, кВт:

 N_k = N_e - N_тр = N_е ^.  (6.1)

При 800 об/мин на первой передаче N_k=9,54∙0,88=8,36 кВт,

где: N_e - (см. табл. 2); N_тр. - мощность, потерянная в трансмиссии.

Мощность, теряемая на преодоление внешних сопротивлений при установившемся движении на горизонтальном участке дороги, соответственно, кВт:

N = Р ^. v ^. 10^-3 (6.2)

При 800 об/мин на первой передаче N_f= Р_f ^. v ^. 10^-3=246 ^.1,62^. 10^-3=0,5 кВт,

При 800 об/мин на первой передаче N_w= Р_w^. v ^. 10^-3=1.7 ^.1,62^. 10^-3=0,003 кВт, где : P_f, P_w и v - (см. табл. 3)

Результаты расчетов см. табл. 5., график - рис. 5.

Таблица 5- Мощностной баланс

Пере-дача	nд	V, м/с	Ne, кВт	Nк, кВт	Nf, кВт	Nw Вт	Nw+Nf, кВт
I	800	1,6	9,5	8,4	0,5	0,003	0,5
	1000	1,9	12,2	10,7	0,5	0,005	0,5
	2000	3,9	26,1	23,0	1,0	0,04	1,1
	3000	5,8	39,6	34,9	1,5	0,14	1,7
	4000	7,8	50,5	44,5	2,1	0,34	2,4
	5000	9,7	55,6	49,9	2,7	0,67	3,3
	6000	11,6	55,7	49,1	3,3	1,15	4,4
II	800	3	9,5	8,4	1,0	0,03	1,0
	1000	3,4	12,2	10,7	1,0	0,03	1,0
	2000	6,8	26,1	23,0	1,9	0,28	2,2
	3000	10,2	39,6	34,9	3,0	0,93	3,9
	4000	13,5	50,5	44,5	4,2	2,21	6,4
	5000	16,9	55,6	49,9	5,5	4,31	9,9
	6000	20,3	55,7	49,1	7,1	7,45	14,5
III	800	4,4	9,5	8,4	1,4	0,10	1,5
	1000	5,2	12,2	10,7	1,4	0,10	1,5
	2000	10,5	26,1	23,0	2,9	0,82	3,7
	3000	15,7	39,6	34,9	4,6	2,76	7,4
	4000	20,9	50,5	44,5	6,7	6,55	13,2
	5000	26,1	49,9	9,2	12,80	22,0
	6000	31,4	55,7	49,1	12,3	22,11	34,4
IV	800	6,3	9,5	8,4	1,9	0,26	2,1
	1000	7,1	12,2	10,7	1,9	0,26	2,1
	2000	14,2	26,1	23,0	4,1	2,05	6,1
	3000	21,3	39,6	34,9	6,8	6,91	13,7
	4000	28,4	50,5	44,5	10,5	16,37	26,8
	5000	35,6	55,6	49,9	15,3	31,98	47,2
	6000	42,7	55,7	49,1	21,5	55,26	76,8
V	800	7,7	9,5	8,4	2,5	0,53	3,0
	1000	8,7	12,2	10,7	2,5	0,53	3,0
	2000	17,3	26,1	23,0	5,5	4,25	9,8
	3000	26,0	39,6	34,9	9,8	14,33	24,1
	4000	34,7	50,5	44,5	15,8	33,97	49,8
	5000	43,4	55,6	49,9	24,3	66,36	90,7
	6000	52,0	55,7	49,1	35,8	114,66	150,5

Рис. 5. Мощностная характеристика автомобиля для установившегося движения

f + Nw − мощность сопротивления воздуху и качению.− эффективная мощность двигателя.

Nk - эффективный крутящий момент.

 

. Оценка разгонных свойств АТС. Расчет и построение графиков ускорений, времени и пути разгона

1.      Расчет ускорений разгона:

 (7.1)

При 800 об/мин на первой передаче  м/с²

где:

j − ускорение автомобиля, м/с²

- суммарный коэффициент сопротивления движению при установившемся движении;− коэффициент сопротивления качению;

δ − коэффициент учета вращающихся масс автомобиля;

 передаточное число коробки передач;

=- для шин радиальным кордом;

=0,018∙(1+(0,00216)=0,018

 коэффициент учета вращающихся масс

(7.2)

  для ведомых колес;  для ведущих колес;

2.      Расчет времени разгона:

 (7.3)

где: среднее ускорение на данном интервале

 изменение скорости на данном интервале

 время разгона в секундах на i-ом интервале; время переключения передачи 1c. Время разгона при работе сцепления: 1,62 м/с ;

=(1,62)/(2,76/2)=1,17 c (7.4)

.        Расчет пути разгона:

 (7.5)

 средняя скорость на i-ом интервале(7.6)

 Путь разгона при работе сцепления: , м;

Таблица 6-Расчет ускорения, времени и пути разгона.

Передача	nд	V, м/с	D	ψ	j, м/с²	tр, с	Sр, м
I	800	1,62	0,391	0,020	2,76	1,17	0,94
	1000	2,1	0,381	0,020	2,8272	1,36	1,10
	2000	4,1	0,407	0,020	3,0342	2,27	3,54
	3000	6,2	0,411	0,021	3,0609	3,21	8,18
	4000	8,2	0,392	0,021	2,9071	4,23	14,83
	5000	10,3	0,349	0,021	2,5728	5,43	24,13
	6000	12,4	0,283	0,022	2,0581	6,81	37,60
II	3000	11,5	0,215	0,0191	1,5302	6,91	53
	4000	15,4	0,201	0,0200	1,4117	9,38	86,14
	5000	19,2	0,173	0,0211	1,1861	12,17	133,57
	6000	23,1	0,132	0,0225	0,8534	15,68	206,69
III	4000	22,1	0,126	0,0221	0,8064	21,05	310,08
	5000	27,6	0,098	0,0244	0,5745	27,72	474,64
	6000	33,1	0,059	0,0272	0,2514	40,51	865,86
IV	4000	30,0	0,069	0,0256	0,3353	45,54	1018,62
	5000	37,5	0,035	0,0298	0,0395	102,40	3103,93
V	3400	32,5	0,035	0,034	0,2146	103,40	3136

Рис. 6. График ускорений

Рис.7. График времени и пути разгона

 

8. Расчет и построение топливно-экономической характеристики

Удельный расход топлива с учетом степени использования мощности и частоты вращения двигателя:

 (8.1)

, г/кВт∙ч - удельный эффективный расход топлива при номинальной мощности (табл.2);

Для 800 об/мин g_e =280∙(1-1∙(800/5600)+1∙(800/5600)²)=244 г/кВт∙ч

Путевой расход топлива:

 

 (8.2)

При 800 об/мин на первой передаче

 л/100км;

где: - скорость движения в м/с;

 - Тяговая сила на ведущих колеса (см. раздел 4);

-плотность топлива, для бензина 0,75 кг/л;

КПД трансмиссии на выбранной передаче (см. раздел 3).

Результаты расчетов см. табл. 7

Таблица 7- Расчет путевого расхода топлива

, об/минv, м/сv, км/ч, л/100км, г/кВт∙ч
(I ) 800	1,6	5,9	52,41	244,66
1000	2,1	7,4	50,93	237,75
2000	4,1	14,8	50,36	214,71
3000	6,2	22,3	50,01	210,86
4000	8,2	29,7	51,29	226,23
5000	10,3	37,1	53,01	260,80
6000	12,4	44,5	52,45	314,57
(II) 800	3,1	11	28,11	244,66
1000	3,8	13,8	27,31	237,75
2000	7,7	27,7	27,01	214,71
3000	11,5	41,5	210,86
4000	15,4	55,4	27,51	226,23
5000	19,2	69,2	28,43	260,80
6000	23,1	83,0	28,13	314,57
(III) 800	4,4	16	19,56	244,66
1000	5,5	19,9	19,01	237,75
2000	11,0	39,8	18,80	214,71
3000	16,6	59,7	18,66	210,86
4000	22,1	79,5	19,14	226,23
5000	27,6	99,4	19,78	260,80
6000	33,1	119,3	19,57	314,57
(IV) 800	7,5	27,0	14,41	244,66
1000	15,0	54,0	14,01	237,75
2000	22,5	81,0	13,85	214,71
3000	30,0	107,9	13,75	210,86
4000	37,5	134,9	14,11	226,23
5000	45,0	161,9	14,58	260,80
6000	7,5	27,0	14,42	314,57
(V) 800	7,6	27,5	11,30	244,66
1000	9,6	34,4	10,98	237,75
2000	19,1	68,8	10,86	214,71
3000	32,5	117,0	10,98	214,71
4000	38,2	137,7	11,06	226,23

Рис.8. Топливно-экономическая характеристика

Список литературы

1.  Гришкевич А.И. Автомобили. Теория. Минск “Высшая школа”, 1986.

2.      Литвинов А.С., Фаробин Я.Е., Автомобиль. Теория эксплуатационных свойств . М. , “Машиностроение”, 1989.

.        Краткий автомобильный справочник. М., “Трансконсалтинг”, 1994.