Метод испытаний и оценки тягово-скоростных качеств автомобиля

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Костанайский социально-технический университет

имени академика Зулхарнай Алдамжар

ДИПЛОМНАЯ РАБОТА

Специальность 050713 «Транспорт, транспортная техника и технологии»

На тему: «Метод испытаний и оценки тягово-скоростных качеств автомобиля»

Выполнил

Иманалинов Д.А.

Научный руководитель

Ст.преподаватель Сагимбаев Р.И.

Костанай 2010

Содержание

Введение

. Тяговый расчет автомобиля

.1 Определение полной массы автомобиля

.2 Распределение полной массы по мостам автомобиля

.3 Подбор шин

.4 Определение силы лобового сопротивления воздуха

.5 Выбор характеристики двигателя

.6 Определение передаточного числа главной передачи

.7 Определение передаточных чисел коробки передач

. Построение внешней скоростной характеристики двигателя

. Оценка тягово-скоростных свойств автомобиля

.1 Тяговая характеристика автомобиля

.1.1 Построение графика тяговой характеристики

.1.2 Практическое использование тяговой характеристики автомобиля

.2 Динамическая характеристика автомобиля

.2.1 Построение динамической характеристики

.2.2 Практическое использование динамической характеристики автомобиля

.3 Ускорение автомобиля при разгоне

.3.1 Построение графика ускорение автомобиля при разгоне

.3.2 Практическое использование графика ускорений автомобиля

.4 Характеристика времени и пути разгона автомобиля

.4.1 Определение времени разгона

.4.2 Определение пути разгона

.4.3 Практическое использование характеристик времени и пути разгона автомобиля

. Конструкторская часть. Динамический роликовый стенд

.1 Назначение и техническая характеристика стенда

.2 Устройство и работа механической части стенда

.3 Система контроля наличия на стенде автомобиля

.4 Принцип действия динамического стенда

.5 Режимы эксплуатации стенда

. Экономическая часть проекта. Топливная экономичность автомобиля

.1 Построение топливной характеристики автомобиля

.2 Определение эксплуатационного расхода топлива

. Охрана труда

Заключение

Список используемой литературы

Введение

К 2012 году по дорогам мира будет ездить около 1 миллиарда автомобилей. Количественный и качественный рост автомобильного транспорта на улицах и дорогах положительно сказывается на развитие промышленности и сельского хозяйства Казахстана, улучшение условий труда и быта населения.

Автомобильный парк Казахстана на начало 2005 г. насчитывал 1532257 единиц (увеличение за год на 4,1 процента). Из этого числа количество легковых машин насчитывает 1 204 118 единиц. Личный транспорт занимает 86,1 % от общего числа транспортных средств республики и составляет 1 319 427 единиц. Обеспеченность легковыми машинами в прошедшем году составила из расчета на 100 семей - 31 единицу, на 1000 жителей - 76 единиц.

В Казахстане функционируют построенные совместно с ВАЗом и КАМАЗ автосборочные заводы в г. Усть-Каменогорске и Петропавловске по выпуску внедорожников «Нива», легковых автомобилей «Шкода» и грузовых автомобилей «КАМАЗ», развернута широкая сеть авторынков, автосалонов, продающих новые и подержанные автомобили, выпускаемые в России, Германии, Японии, Корее, США и других странах земного шара.

Актуальность темы. В последние время в стране происходит увеличение численности автомобильного транспорта как легкового, так и грузового. Для выявления возможных неисправностей должны проводить качественную компьютерную диагностику, проведение которой позволило бы вовремя обнаружить и устранить возможные неисправности до того как они могут привести к поломке некоторых узлов автомобиля или полного выхода автомобиля из строя.

В качестве объекта исследования в работе был принят автомобиль марки ВАЗ-21093.

При выполнении дипломной работы производится анализ тягово-скоростных и топливно-экономических свойств автомобиля ВАЗ-21093. При анализе тягово-скоростных и топливно-экономических свойств используются данные технических характеристик заданного автомобиля.

Задачами работы являются поиск путей решения вопросов диагностики автотранспортных средств:

исключить вероятность использования визуального метода диагностики на станции технического обслуживания.

провести анализ возможных неисправностей автомобилей и средств, с помощью которых можно выявить их на ранней стадии

разработать методику испытаний и оценки тягово-скоростных качеств автомобиля для компьютерной диагностики технического состояния.

1. Тяговый расчет автомобиля

.1 Определение полной массы автомобиля

Задачей тягового расчета является определение характеристик двигателя и трансмиссии, обеспечивающих требуемые тягово-скоростные свойства автомобиля и его топливную экономичность в заданных условиях эксплуатации.

Таблица 1. Краткая техническая характеристика автомобиля ВАЗ-21093 (параметры автомобиля необходимые для выполнения работы)

Полная масса автомобиля определяется следующим образом:

, (1.1)

где m_o - масса снаряженного автомобиля: m_o = 945 кг;

m_ч - масса водителя или пассажира: принимаем m_ч = 75 кг;

m_б - масса багажа из расчета на одного пассажира: m_б = 10 кг;

n_п - количество пассажиров, включая водителя: n_п = 5 чел..

.2 Распределение полной массы по мостам автомобиля

При распределении нагрузки по осям легкового автомобиля с передним расположением двигателя и передним ведущим мостом на задний мост приходится 43-47% полной массы автомобиля.

Принимаем что на менее нагруженный задний мост приходится 45% полной массы. Тогда на передний мост приходится 55% полной массы.

Определим полный вес автомобиля:

, (1.2)

Определим вес, приходящийся на переднюю ось автомобиля:

, (1.3)

Определим вес, приходящийся на заднюю ось автомобиля:

,  (1.4)

1.3 Подбор шин

При выборе шин исходным параметром является нагрузка на наиболее нагруженных колесах. Наиболее нагруженными являются шины переднего моста. Определяем нагрузку на одну шину:

;(1.5)

где n - число шин одного моста: n = 2.

 Н.

Из ГОСТ 4754 - 97 «Шины пневматические для легковых автомобилей, прицепов к ним, легких грузовых автомобилей и автобусов особо малой вместимости» принимаем шину 165/70R13.

Определяем посадочный диаметр обода d, наружный диаметр D_н и статический радиус колеса r_ст:

d = 13·0,0254 = 0,3302 м;

, (1.6)

где k_ш - H/B (H и B - высота и ширина профиля): для шины 165/70R13 k_ш = 0,7; B = 165 мм;

, (1,7)

где λ_ст - коэффициент, учитывающий смятие шины под нагрузкой: для радиальных шин легковых автомобилей принимаем λ_см = 0,81;

Определяем радиус качения колеса:

, (1.8)

.4 Определение силы лобового сопротивления воздуха

Определяем силу лобового сопротивления воздуха, которая напрямую зависит от лобовой площади автомобиля:

, (1.9)

где А_В - площадь лобового сопротивления;

k_В - коэффициент воздушного сопротивления: принимаем k_В = 0,2;

, (1.10)

где С - коэффициент формы, равный для легковых автомобилей - 0,89;_В и B_В - соответственно габаритные высота и ширина транспортного средства: H_В = 1,402 м, B_В = 1,62 м;- расстояние от бампера до поверхности дороги: принимаем h = 0,25 м;

В - ширина профиля шины: B = 0,165 м;- максимальное число колес одного моста автомобиля: при односкатных задних колесах n = 2.

.5 Выбор характеристики двигателя

Максимальная стендовая мощность двигателя  = 52,6 кВт.

Определим максимальную мощность двигателя:

, (1.11)

где - k_ст поправочный коэффициент, равный 0,93-0,96: принимаем k_ст = 0,95;

Мощность при максимальной скорости определяется на основании формулы:

, (1.12)

где n_eVmax - обороты коленчатого вала двигателя при максимальной скорости (в данном автомобиле максимальная скорость на высшей передаче достигается при оборотах меньших чем максимальные);

n_p - обороты коленчатого вала двигателя при максимальной мощности: n_p = 5600 об/мин;

a,b,c - эмпирические коэффициенты.

Для карбюраторного двигателя легкового автомобиля коэффициенты находим по формулам:

, (1.13)

, (1.14)

,(1.15)

где k_i - коэффициент приспособляемости по крутящему моменту;

k_ω - коэффициент приспособляемости по частоте вращения.

Коэффициенты приспособляемости рассчитываем по стендовым параметрам двигателя:

,(1.16)

где  - стендовый максимальный крутящий момент: = 106,4 Н·м;

 - стендовый крутящий момент при максимальной мощности:

, (1.17)

, (1.18)

где  - обороты коленчатого вала при максимальной мощности:  = 5600 об/мин;

 - обороты коленчатого вала при максимальном крутящем моменте:  = 3400 об/мин.

Производим расчеты:

;

;

;

;

Проверяем условие:

,(1.19)

Условие выполняется:

Определим обороты коленчатого вала при максимальной скорости:

;(1.20)

об/мин.

Рассчитываем мощность при максимальной скорости:

Мощность двигателя при максимальной скорости должна обеспечивать возможность движения при дорожном сопротивлении, которое для легковых автомобилей находится в пределах (ψ_V = 0,015-0,025).

Определим дорожное сопротивление, которое может преодолеть данная модель автомобиля при максимальной скорости:

;(1.21)

где  - КПД трансмиссии; при работе трансмиссии с полной нагрузкой, т. е.

при работе двигателя по внешней скоростной характеристике имеем:

;(1.22)

где  - соответственно КПД цилиндрических шестерен наружного зацепления, внутреннего зацепления, конических шестерен и карданных сочленений, передающих крутящий момент от коленчатого вала двигателя к ведущим колесам на i-ой передаче в КП;

 - соответственно число пар цилиндрических шестерен наружного зацепления, внутреннего зацепления, конических шестерен и число карданных сочленений, передающих крутящий момент от коленчатого вала двигателя к ведущим колесам на i-ой передаче в КП.

В расчетах принимаем:

;

.

Тогда дорожное сопротивление преодолеваемое автомобилем при движении с максимальной скоростью составит:

;

Дорожное сопротивление, преодолеваемое автомобилем при движении с максимальной скоростью .

.6 Определение передаточного числа главной передачи

Передаточное число главной передачи определяется исходя из условия обеспечения максимальной скорости движения автомобиля.

Определяем: какую максимальную скорость позволяет получить передаточное число главной передачи для заданной модели автомобиля:

;(1.23)

где  - передаточное число высшей передачи в КП: ;

 - передаточное число главной передачи: .

км/ч.

Передаточное число главной передачи подобрано таким образом, чтобы получить максимальную скорость при оборотах коленчатого вала меньше максимальных, при этом обеспечивается лучшая топливная экономичность автомобиля. Передаточное число главной передачи при максимальных оборотах двигателя обеспечивает максимальную скорость км/ч.

.7 Определение передаточных чисел коробки передач

Передаточное число первой передачи рассчитывается, исходя из того, чтобы автомобиль мог преодолеть максимальное сопротивление дороги, характеризуемое коэффициентом , не буксовал при трогании с места, и мог двигаться с устойчивой минимальной скоростью.

Для заданной модели автомобиля .

Максимальное сопротивление дороги для легковых автомобилей должно находится в пределах .

Определим максимальное сопротивление дороги, которое может преодолеть заданная модель автомобиля, при трогании с места:

;(1.24)

.

Максимальное дорожное сопротивление, которое может преодолеть автомобиль при трогании с места .

Определим минимальный коэффициент сцепления, при котором данный автомобиль может тронуться с места без пробуксовки ведущих колес:

;(1.25)

где  - коэффициент перераспределения нормальных реакций, для переднеприводного автомобиля принимаем .

.

Минимальный коэффициент сцепления составил .

Определим минимальную устойчивую скорость движения автомобиля:

;(1.26)

где  - минимальные устойчивые обороты двигателя при полностью открытой дроссельной заслонке под нагрузкой, принимаем для карбюраторного двигателя  об/мин.

км/ч.

Передаточные числа промежуточных передач выбираются из условия обеспечения максимальной интенсивности разгона автомобиля, а также длительного движения при повышенном сопротивлении дороги.

;(1.27)

где n - номер повышающей передачи;

m - номер передачи для которой ведется расчет.

;

;

.

Рассчитанные и фактические значения передаточных чисел коробки передач приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 Передаточные числа КП

Как видно из таблицы 1.1 фактические значения передаточных чисел промежуточных передач меньше рассчитанных значений. Таким образом, коробка передач заданного автомобиля не обеспечивает максимальной интенсивности разгона автомобиля. Поскольку фактические значения передаточных чисел промежуточных передач незначительно отличаются от рассчитанных значений можно сделать вывод, что данная коробка передач обеспечивает уместную интенсивность разгона автомобиля, при улучшенных показателях топливной экономичности.

2. Построение внешней скоростной характеристики двигателя

Скоростной характеристикой двигателя называется зависимость эффективной мощности и крутящего момента от угловой скорости или частоты вращения коленчатого вала двигателя при установившемся режиме работы.

Скоростная характеристика двигателя, полученная при полной подаче топлива, называется внешней скоростной характеристикой.

Значения мощности при различной частоте вращения коленчатого вала определяем по формуле:

,(2.1)

Значение вращающего момента при различных оборотах рассчитываем по формуле:

,(2.2)

Для нахождения стендовых характеристик двигателя полученные значения мощностей и моментов, разделим на коэффициент стенда:

,(2.3)

, (2.4)

Производим расcчеты:

Для следующих значений  расчеты ведем аналогично. Результаты расчетов заносим в таблицу 2.1.

Таблица 2.1 Результаты расчетов внешней скоростной характеристики

По рассчитанным значениям строим внешнюю скоростную характеристику (рисунок 2.1).

Рисунок 2.1 Внешняя скоростная характеристика двигателя

3. Оценка тягово-скоростных свойств автомобиля

.1 Тяговая характеристика автомобиля

С целью решения уравнения движения автомобиля методом силового баланса, представим его в виде:

;(3.1)

где  - сила тяги, приложенная к ведущим колесам;

 - сила сопротивления качению;

 - сила сопротивления подъема;

 - сила сопротивления воздуха;

 - сила сопротивления разгону.

Полученное уравнение называют уравнением силового (или тягового) баланса. Уравнение силового баланса показывает, что сумма всех сил сопротивления движению в любой момент времени равна окружной силе на ведущих колесах автомобиля. Уравнение позволяет определить величину окружной силы, развиваемой на ведущих колесах автомобиля, и установить, как она распределяется по различным видам сопротивлений.

Графическое изображение уравнения силового (тягового) баланса в координатах “окружная сила - скорость”, называется тяговой характеристикой автомобиля.

.1.1 Построение графика тяговой характеристики

Определим значения окружной силы , в зависимости от скорости, при движении автомобиля на различных передачах:

.(3.2)

В данном уравнении эффективный крутящий момент  является функцией от оборотов коленчатого вала n_e. Значение эффективного крутящего момента  в зависимости от оборотов коленчатого вала n_e определяется по внешней скоростной характеристике двигателя.

В предположении отсутствия буксования сцепления и ведущих колес автомобиля связь между частотой вращения коленчатого вала двигателя n_e и скоростью V находится из соотношения:

;(3.3)

где i - номер передачи.

Производим расчеты значений окружной силы  и скорости V_i для различных оборотов коленчатого вала в диапазоне от n_emin до n_emax на различных передачах коробки передач.

Н;

км/ч.

Для следующих значений  на i-той передаче расчеты ведем аналогично. Результаты расчетов заносим в таблицу 3.1. Полученные значения наносим на тяговую характеристику.

Определим силу сопротивления качению  в зависимости от скорости движения автомобиля:

;(3.4)

где f_o - коэффициент сопротивления качению при движении автомобиля с малой скоростью (при расчетах используем значение f_o = 0,012).

Cилу сопротивления подъема  принимаем равной нулю, так как рассматриваем движение автомобиля на дороге без уклона.

Определим силу сопротивления воздуха  в зависимости от скорости движения автомобиля:

.(3.5)

Производим расчеты:

Н;

Н.

Последующие расчеты ведем аналогично. Результаты расчетов заносим в таблицу 3.2. Полученные значения наносим на тяговую характеристику.

Таблица 3.1 Результаты расчетов окружной силы

Таблица 3.2 Результаты расчетов сил сопротивления дороги (качения)  и воздуха

По рассчитанным значениям строим тяговую характеристику автомобиля (рисунок 3.1).

Рисунок 3.1 Тяговая характеристика автомобиля

.1.2 Практическое использование тяговой характеристики автомобиля

По тяговой характеристике автомобиля определяем следующие показатели:

. Максимальную скорость движения автомобиля. Ее определяют по абсциссе: точки пересечения кривых, совместной силы сопротивления воздуха и дорожного сопротивления и силы тяги на высшей передаче. У данного автомобиля сила тяги на высшей передаче, при максимальных оборотах двигателя больше совместной силы сопротивления воздуха и дорожного сопротивления. Можно сделать заключение, что у данного автомобиля имеется запас силы тяги, который позволит двигаться автомобилю по дороге с уклоном без снижения скорости.

Максимальная скорость движения автомобиля на 5-й и 4-й передаче V_max = 156 км/ч, V’_max = 161 км/ч.

2. Окружная сила F_кv при максимальной скорости V_max: Н.

. Максимальная окружная сила на высшей передаче F_к5max:_к5max = 1006,9 Н.

. Максимальная окружная сила F_кmax, развиваемая на ведущих колесах автомобиля: F_кmax = 4669,8 Н.

. Минимальная устойчивая скорость движения автомобиля V_min:_min = 4,531 км/ч.

. Максимальная окружная сила по сцеплению шин ведущих колес с дорогой F_φ:

;(3.6)

Н.

На данном покрытии (асфальтобетонное шоссе) сила сцепления ведущих колес с дорогой больше максимального значения окружной силы тяги.

. Критическая скорость движения автомобиля по условию величины окружной силы на высшей передаче V_к5: V_к5 = 119,089 км/ч.

. Скоростной диапазон автомобиля на высшей передаче dV₅:

;(3.7)

.

. Силовой диапазон автомобиля на высшей передаче dF₅:

;(3.8)

.

.2 Динамическая характеристика автомобиля

Методы силового и мощностного балансов затруднительно использовать при сравнении тягово-динамических свойств автомобилей, имеющих различные веса и грузоподъемности, т. к. при движении их в одинаковых условиях силы и мощности, необходимые для преодоления суммарного дорожного сопротивления различны. От этого недостатка свободен метод решения уравнения движения с помощью динамической характеристики. Поэтому воспользуемся методом решения уравнения движения с помощью динамической характеристики.

Графическая зависимость динамического фактора от скорости движения автомобиля при различных передачах и полной нагрузке называется динамической характеристикой.

.2.1 Построение динамической характеристики

При построении динамической характеристики используем следующие допущения:

) двигатель работает по внешней скоростной характеристике;

) автомобиль движется по ровной горизонтальной дороге.

С целью построения динамической характеристики воспользуемся безразмерной величиной D - динамическим фактором, равным отношению свободной силы тяги (F_к - F_в) к силе тяжести автомобиля G_a:

.(3.9)

Для расчета динамического фактора D и построения динамической характеристики используют значения F_кi и F_в в функции скорости движения автомобиля V на различных передачах.

Таким образом имеем:

.(3.10)

Производим расчеты:

.

Последующие расчеты ведем аналогично. Результаты расчетов заносим в таблицу 3.3. Полученные значения наносим на динамическую характеристику.

Для решения уравнения движения на динамическую характеристику наносится зависимость коэффициента сопротивления дороги ψ от скорости. Поскольку в нашем случае дорога без уклона ψ = f.

.(3.11)

Производим расчет:

.

Последующие расчеты ведем аналогично. Результаты расчетов заносим в таблицу 3.4. Полученные значения наносим на динамическую характеристику.

По рассчитанным значениям строим тяговую характеристику автомобиля (рисунок 3.2).

Таблица 3.3 Результаты расчетов динамического фактора D

Таблица 3.4 Результаты расчетов коэффициента сопротивления дороги ψ

Рисунок 3.2 Динамическая характеристика автомобиля

.2.2 Практическое использование динамической характеристики автомобиля

По динамической характеристике автомобиля определяем следующие показатели:

. Максимальная скорость движения автомобиля на 5-й и 4-й передаче_max = 156 км/ч, V’_max = 161 км/ч..

2. Динамический фактор при максимальной скорости движения автомобиля D_v: .

. Максимальный динамический фактор на высшей передаче D_5max:

D_5max = 0,0591.

. Максимальный динамический фактор автомобиля D_max: D_max = 0,347.

. Максимальное дорожное сопротивление, преодолеваемое автомобилем на высшей и низшей передачах ,: , .

. Максимальный подъем, преодолеваемый автомобилем на высшей и низшей передачах ,:

;(3.12)

;

;(3.13)

.

. Минимальная устойчивая скорость движения автомобиля V_min:_min = 4,531 км/ч.

. Динамический фактор по сцеплению шин с поверхностью дорожного покрытия D_φ:

;(3.14)

.

. Критическая скорость движения автомобиля на высшей передаче по условию величины динамического фактора V_к5: V_к5 = 63,047 км/ч.

. Скоростной диапазон автомобиля на высшей передаче dV₅ :

;(3.15)

.

. Силовой диапазон автомобиля на высшей передаче dD₅:

;(3.16)

.

.3 Ускорение автомобиля при разгоне

Ускорение рассчитывают применительно к горизонтальной дороге с твердым покрытием при условии максимального использования мощности двигателя и отсутствии буксования ведущих колес.

.3.1 Построение графика ускорение автомобиля при разгоне

Величину ускорения находим из уравнения, связывающего динамический фактор с условиями движения автомобиля:

;(3.17)

где  - коэффициент учета вращающихся масс;

;(3.18)

для одиночных автомобилей при их номинальной нагрузке можно считать  ; .

Таким образом, имеем:

;(3.19)

Производим расчеты:

Последующие расчеты ведем аналогично. Результаты расчетов заносим в таблицу 3.5. Полученные значения наносим на график ускорений автомобиля.

По рассчитанным значениям строим график ускорений автомобиля (рисунок 3.3).

Таблица 3.5 Результаты расчетов ускорения автомобиля а

Рисунок 3.3 График ускорений автомобиля

3.3.2 Практическое использование графика ускорений автомобиля

По графику ускорений автомобиля определяем следующие показатели:

1. Максимальное ускорение а_хmax: а_хmax = 2,074 .

. Скорость автомобиля при максимальном ускорении V_axmax:_axmax = 25,678 км/ч.

. Максимальное ускорение на высшей передаче a_x5max: a_x5max = 0,415 .

. Скорость автомобиля на высшей передаче при максимальном ускорении V_ax5max: V_ax5max = 60 км/ч.

. Максимальная скорость движения автомобиля на 5-й и 4-й передаче_max = 156 км/ч, V’_max = 161 км/ч.

.4 Характеристика времени и пути разгона автомобиля

Путь и время разгона рассчитывают в предположении, что автомобиль разгоняется на ровной горизонтальной дороге, при полной подаче топлива, на участке длиной 2000 м (соглсно ГОСТ 22576-90 “Автотранспортные средства. Скоростные свойства. Методы испытаний.”).

.4.1 Определение времени разгона

Трогание автомобиля с места начинают на передаче, обеспечивающей максимальное ускорение. Для определения наиболее интенсивного разгона в расчет вводят максимально возможное ускорение при данной скорости движения автомобиля.

Для первой передачи расчет ведется в диапазоне от V_mink до V_maxk.

Для определения времени разгона разбиваем кривую ускорения на каждой передаче на интервалы. Определим изменение скорости на этих промежутках:

.(3.20)

Среднее ускорение для i-того интервала составит:

.(3.21)

Время движения автомобиля Δt_i в секундах, за которое его скорость вырастает на величину ΔV_i, определяется по закону равноускоренного движения:

.(3.22)

Общее время разгона автомобиля на k-ой передаче от скорости V_mink до V_maxk, при которой начинается переключение на (k + 1)-ую передачу, находят суммированием времен разгона в интервалах:

(3.23)

Принимаем время переключения передачи  с.

Падение скорости автомобиля при переключении передачи рассчитываем по формуле:

.(3.24)

Для следующей передачи расчет ведется в диапазоне от V_mink+1 = V_maxk - V_П до V_maxk+1.

Производим расчеты. Рассчитанные значения заносим в таблицы 3.6 для 1-й передачи, 3.7 для 2-й передачи, 3.8 для 3-й передачи, 3.9 для 4-й передачи. Для 5-й передачи расчет не проводится.

.4.2 Определение пути разгона

Средняя скорость в интервале от  до  составляет:

.(3.25)

При равноускоренном движении в интервале от  до  путь проходимый автомобилем составляет:

.(3.26)

Путь разгона автомобиля от минимальной скорости до максимальной на данной передаче определяем суммированием:

(3.27)

Определим путь проходимый автомобилем за время переключения передачи:

.(3.28)

Для построения графика разгона автомобиля время и путь разгона на последующей передаче прибавляется к соответствующим значениям на предыдущей передаче.

Производим расчеты. Рассчитанные значения заносим в таблицы 3.6 для 1-й передачи, 3.7 для 2-й передачи, 3.8 для 3-й передачи, 3.9 для 4-й передачи.

Производим построение скоростных характеристик времени (рисунок 3.4) и пути разгона автомобиля (рисунок 3.5).

Таблица 3.6 Расчет характеристик времени и пути разгона автомобиля на 1-й передаче

Таблица 3.7 Расчет характеристик времени и пути разгона автомобиля на 2-й передаче

Таблица 3.8 Расчет характеристик времени и пути разгона автомобиля на 3-й передаче

Таблица 3.9 Расчет характеристик времени и пути разгона автомобиля на 4-й передаче

Рисунок 3.4 Скоростная характеристика времени разгона автомобиля

Рисунок 3.5 Скоростная характеристика пути разгона автомобиля

.4.3 Практическое использование характеристик времени и пути разгона автомобиля

По скоростной характеристике разгона определяются следующие оценочные измерители тягово-скоростных свойств автомобиля:

) условная максимальная скорость V_ymax в км/ч.

Данная скорость определяется как средняя скорость прохождения автомобилем последних 400 м двухкилометрового участка:

;(3.29)

где t₂₀₀₀ и t₁₆₀₀ - время разгона автомобиля на участках протяженностью соответственно 2000 м и 1600 м;

км/ч;

) время разгона автомобиля t₄₀₀ и t₁₀₀₀ на участках протяженностью 400 м и 1000 м.

По характеристикам времени и пути разгона автомобиля t₄₀₀ = 23 с;₁₀₀₀ = 42 с;

) время разгона t_з до заданной скорости V_з.

Для автотранспортных средств полной массой менее 3,5 т V_з = 100 км/ч.

По характеристикам времени и пути разгона автомобиля t_з = 22,4 с.

4. Конструкторская часть. Динамический роликовый стенд

.1 Назначение и техническая характеристика стенда

Стенд динамический мощностной роликовый предназначен для определения динамических, тягово-скоростных характеристик автомобиля, оценки состояния узлов, агрегатов и систем автомобиля, а также определение параметров тормозной системы автомобилей, влияющих на безопасность дорожного движения по ГОСТ Р 51709-2001.

Функциональные возможности стенда при проведении различных видов испытаний:

• Имитация движения автомобиля с заданными дорожными нагрузками;

• Имитация движения автомобиля с заданными уклонами и подъемами;

• Имитация движения автомобиля с заданными аэродинамическими сопротивлениями;

• Имитация движения автомобиля с заданными инерционными массами;

• Определение механических потерь в трансмиссии автомобиля;

• Определение динамических показателей автомобиля при разгоне на различных передачах;

• Определение скоростных и нагрузочных характеристик двигателя;

• Определение тягово-скоростных характеристик автомобиля;

• Определение топливных характеристик автомобиля при движении на постоянных скоростях движения;

• Определение топливных характеристик автомобиля при движении по городскому циклу. При этом осуществляется автоматическое считывание по диагностической линии (K-line) паспортных данных контроллера ЭСУД, параметров, характеризующих состояние датчиков, параметров характеризующих качество программирования контроллера и параметров, характеризующих состояние двигателя и его систем, с последующей очисткой памяти ошибок контроллера;

• Качественная оценка параметров автомобиля после сборки при движении автомобиля по заданному технологическому циклу.

• Проверка эффективности тормозной системы автомобиля согласно ГОСТ Р 51709-2001 с определением следующих параметров:

усилие на органе управления рабочей тормозной системы;

усилия на органе управления стояночной тормозной системы;

удельной тормозной силы рабочей тормозной системы;

удельной тормозной силы стояночной тормозной системы;

относительной разности тормозных сил колес каждой оси;

тормозных сил в момент срабатывания регулятора давления;

относительной разностей тормозных сил передней и задней осей;

неравномерности тормозной силы за один оборот на каждом колесе.

Все испытания проводятся с обязательным документированием и сохранением протоколов испытаний.

Стенд может применяться для эксплуатации на выделенных территориях автотранспортных предприятий, электрические сети которых не связаны с сетями жилых домов.

Стенд может использоваться в автомобильной промышленности и сельскохозяйственном машиностроении.

Стенд соответствует всем требованиям, обеспечивающим безопасность потребителя согласно ГОСТ 26104, ГОСТ 12.2.007.0.

Стенд может эксплуатироваться в условиях:

диапазон температур в помещении для испытаний +5 ^оС …+55^оС

максимальная относительная влажность воздуха в помещении для испытаний ≤75%.

Таблица 4.1 Технические характеристики

Дополнительные технические данные

Диапазон моделирования маховых масс т 400 кг до 1000 кг

Максимальное ускорение испытательного стенда 6 м/с²

Точность компенсации потерь < 5H

Разрешающая способность измерения длины пути 10 см

Разрешающая способность измерения времени 10 мс.

Точность измерения времени ±10 мс

Макс. относительная влажность воздуха в помещении для испытаний ≤75%

Параметры роликовой установки, мм:

диаметр роликов 505

ширина роликов 750

расстояние между внутренними кромками роликов, мм 500

Расстояние между осями комплектов роликов, мм 595-625

Шероховатость поверхности роликов * Rz 200

Материал напыления** AP-NiCr17 (ПР-НХ17СР4)

Твердость поверхности роликов 60 HRCэ

Дисбаланс роликов - не более 0,002 кг.м

Точность изготовления роликов - биение, мм, не более 0,1

Диапазон регулирования базы автомобиля, мм 2200…2900

Точность установки базы, мм ±1

Минимальный коэффициент сцепления роликов 0,65

*Шероховатость поверхности может быть увеличена до Rz 1000

**Материал напыления допустимый - ВК3, ВК6, ВК, Т15К6, Т15К10, Т30К4, ПГСР-4 и др.

.2 Устройство и работа механической части стенда.

Состав испытательного стенда:

− основание;

− блоков роликов (передний - подвижный, задний - неподвижный), включающих в себя по два комплекта сдвоенных роликов, установленных на подвижной и неподвижной рамах - 2шт.;

− механизма автоматической регулировки колесной базы (привода подвижного блока роликов);

− заслонка для отвода отработанных газов;

− лотки для сбора/удаления конденсата и дыма из отсека двигателя (3 шт.);

Каждый комплект сдвоенных роликов соединен с двигателем переменного тока векторного управления. Двигатели управляются преобразователями частоты и работают по отдельности в режиме привода или генератора. Центральный блок управления выявляет требующиеся параметры (например, количество оборотов в минуту/крутящий момент) для независимой синхронной работы двигателей. Энергетический обмен между двигателями осуществляется через DC-контур. Избыточная энергия возвращается в энергосистему. Поток данных проходит через систему шин.

Основание стенда. Сварное основание состоит из рамы и направляющих подвижного блока роликов. Неподвижный блок крепится на раму при помощи резьбовых соединений. Подвижный блок устанавливается на направляющие, которые обеспечивают возможность перемещения с целью регулирования колесной базы под имеющуюся базу АТС.

Рама крепится к подготовленной поверхности при помощи анкерных болтов.

Конструкция основания предусматривает также возможность регулирования по высоте для установки комплектов роликов в горизонтальной плоскости относительно настила строительного сооружения.

Блок сдвоенных роликов для передней оси, подвижный и блок сдвоенных роликов для задней оси, неподвижный

Состав каждого блока:

• жесткая рама для размещения комплектов беговых роликов, смонтированных на подшипниковых опорах;

• комплект беговых роликов;

• приводы беговых роликов - 2 шт.;

• ременные передачи - 4 шт.;

• натяжные ролики - 4 шт.;

• предохранительные ролики - 2 шт.;

• ограничительные ролики - 2 шт.;

• механизм опускания-подъема АТС (лифт) -2 шт.

Подвижный блок роликов оснащен двумя щитками (правым и левым), предназначенными для защиты диагностируемого АТС от попадания в зону перемещения блока роликов.

На сварной раме смонтировано два привода вращения беговых роликов: привод правого колеса и привод левого колеса, связанные со стационарно закрепленными роликами (неподвижными) зубчатой ременной передачей.

Комплект беговых роликов состоит из неподвижного бегового ролика и подвижного, выполненного с возможностью перемещения с целью регулирования расстояния между роликами в зависимости от диаметра колеса АТС.

Беговые ролики каждого комплекта служат для размещения одного из колес АТС во время испытаний. Вращение беговых роликов осуществляется как от АТС, так и от привода роликов. Беговые ролики имеют фрикционное покрытие, предохраняющее проскальзывание колеса АТС относительно ролика. С внешней стороны каждый ролик имеет специальные вырезы, издающие резкий звуковой сигнал при наезде на него колеса АТС. Между собой ролики каждого комплекта связаны зубчатой ременной передачей.

Привод беговых роликов состоит из электродвигателя с векторным управлением, закрепленным на кронштейне, и встроенного датчика скорости.

Кронштейн свободно подвешен на специальных рессорах относительно сварного основания, закрепленного на раме комплекта блоков роликов. Под кронштейном расположен датчик усилия, закрепленный на основании привода, который воспринимает нагрузку от электродвигателя через выступ на кронштейне.

Электродвигатель через муфту связан с валом, несущим ведущий шкив. Вал смонтирован на подшипниковых опорах.

Ведущий шкив привода соединен ременной передачей с ведомым шкивом бегового ролика. Натяжение ременной передачи осуществляют натяжным роликом посредством резьбовой передачи.

Беговые ролики динамически сбалансированы и установлены на подшипниках, размещенных в опорах. Подшипниковые опоры подвижных беговых роликов имеют возможность перемещения посредством упорных винтов.

Между собой неподвижные и подвижные беговые ролики связаны ременными передачами, натяжение которых также осуществляется натяжным роликом.

Для обеспечения вращения беговых роликов с одинаковой скоростью, а также передачи вращения с заданной скоростью от двигателя, используются синхронные ремни зубчатого типа в паре с зубчатыми шкивами.

Предохранительные ролики расположены в передней части подвижного блока роликов и задней части неподвижного блока роликов и служат для предотвращения непредвиденного выезда АТС со стенда.

Предохранительные ролики имеют возможность вращения относительно своих осей и расположены на кронштейнах-рычагах. Рычаги установлены на подшипниковых опорах стационарных беговых роликов и поднимаются (опускаются) под действием пневмоцилиндров. Когда предохранительные ролики находятся в верхнем положении, рычаги контактируют со специальными замками (действующими от пневматики), которые удерживают рычаги при аварийном наезде АТС на предохранительных роликах.

Ограничительные ролики служат для удерживания АТС при боковом смещении с беговых роликов. Ограничительные ролики, с возможностью вращения при контакте с вращающимся колесом АТС, смонтированы на неподвижных кронштейнах.

Механизм опускания (подъема) АТС (лифт) служит для заезда-выезда АТС с беговых роликов.

Лифты опускаются и поднимаются при помощи рычажного устройства и сильфонных пневматических цилиндров, закрепленных на раме комплекта роликов. Лифты снабжены вращающимися скалками, которые с помощью специального устройства - датчика проскальзывания - при замере тормозных сил определяют момент блокирования колеса АТС и подают сигнал на прерывание контакта скалки с колесом АТС.

Вращающиеся скалки могут перемещаться в вертикальном направлении посредством пневмоцилиндров, установленных на подшипниковых опорах с направляющими.

4.3 Система контроля наличия на стенде автомобиля

Система контроля проверяет наличие автомобиля на стенде. Ультразвуковой датчик, закрепленный около бокового ролика задней оси, служит для контроля наличия автомобиля на роликах стенда.

Механизм автоматической регулировки колесной базы

Состав механизма автоматической регулировки:

• привод рамы 1 шт.;

− винтовая пара (2 шт.);

− редуктор с трехфазным двигателем (2 шт.).

• устройства автоматического управления перемещения;

− ультразвуковой датчик (1 шт.).

Благодаря механизму автоматической регулировки колесной базы стенд может быть отрегулирован под колесную базу испытуемого автомобиля в заданных пределах путем перемещения подвижного блока роликов.

Конструктивно привод рамы состоит из поперечной балки, установленной на две продольные балки, закрепленные на основании. На поперечной балке смонтирован асинхронный двигатель с двумя выходными концами, которые передают вращение на червячные редукторы со встроенными гайками в червячных колесах. Вращающиеся гайки (червячные колеса) перемещают винты, жестко закрепленные на подвижной раме, и таким образом перемещают подвижный блок роликов, установленный на направляющие посредством специальных тележек, жестко закрепленных на раме.

Напольное покрытие (настил) испытательного стенда

Настил испытательного стенда выполнен из металлических рифленых листов, которые укладываются на балках, установленные на раме динамометрического стенда и на продольных балках торцевых стен фундамента.

Настил вокруг зоны движения автомобиля имеет входной люк.

Лотки для сбора/удаления конденсата и дыма из отсека двигателя

Лотки (3 шт.) предназначены для сбора жидкостей. Система лотков для сбора жидкостей состоит из следующих элементов:

• лоток со стороны передней оси

• лоток со стороны задней оси (2 шт.).

Отвод конденсата из моторного отсека (передней оси) и зоны расположения глушителя автомобиля (задней оси) осуществляется через патрубки лотков.

Заслонка для отвода отработанных газов (шибер)целью отвода отработанных газов, в задней части стенда устанавливается заслонка, которая располагается непосредственно сзади трубы системы выпуска отработанных газов автомобиля.

Заслонка представляет собой треугольную раму, длиной 2,1 м, которая поворачивается после заезда АТС на угол 60 град с помощью двух пневматических цилиндров. Отсос отработавших газов происходит через решетки заслонки со стороны глушителя. Вытяжка отработавших газов осуществляется через вентиляционный короб, расположенный под настилом.

Система отслеживания положения и распознавания автомобиля

Система предназначена для отслеживания расположения автомобиля относительно передних боковых ограничительных роликов на стенде. Эта информация выводится на монитор водителя и позволяет ему ровно удерживать автомобиль на стенде. Система слежения состоит из аналогового ультразвукового датчика на передней оси.

Пневматика

система подготовки воздуха,

система управления въездными и выездными воротами,

система управления подъема/опускания «Монитора водителя»,

система управления заслонки для отвода отработавших газов,

система управления лифтами,

система управления предохранительными роликами и их фиксаторами (замками).

Основные характеристики пневматической системы приведены ниже в таблице.

Таблица 4.2 Технические характеристики системы

Комплект элементов по технике безопасности

Испытательный стенд оснащен большим количеством защитного оборудования, а также защитных функций для предотвращения травматизма оператора и повреждения автомобиля и стенда.

Состав защитного оборудования:

• кнопки аварийного останова на панели управления оператора и на пульте дистанционного управления;

• различные программные функции по безопасности.

Система контроля проскальзывния колес автомобиля

Система следящего действия предназначена для контроля проскальзывания каждого колеса относительно беговых роликов.

Состав системы слежения:

• датчик на передней оси (2 шт.)

• датчик на задней оси (2 шт.)

Кабина

Состав кабины:

− шумоизолирующий кожух. Для обеспечения звукопоглощения внутренние стены кабины обшиты перфорированными оцинкованными листами.

− обзорные сферические зеркала с углом обзора 160 градусов (4 шт.)

− въездные/выездные складывающихся ворот с электроблокировкой

− система управления воротами

− комплект освещения кабины (500 люкс) - шести светильников

− светофор (2 шт.)

− распределительный шкаф

− стенная розетка (2 шт.)

− шкаф силовой, расположенный на крыше (2 шт.);

− проводка.

Под настилом расположен приямок, где установлен динамический стенд на раме, шины для укладки датчиков, кабелей питания и связи.

Оборудование для приточной и вытяжной вентиляции устанавливается на крыше кабины.

Трубопроводы вытяжной вентиляции проложены под настилом кабины для отсасывания отработавших выхлопных газов и скопившихся под настилом газов.

Трубопровод приточной вентиляции проложен внутри кабины.

Кабина также укомплектована:

светофором, закрепленным над въездными воротами, с двумя различными цветами для отображения состояния испытательного стенда