Автобусы междугородние. Длина 11,5 м; максимальная скорость 110 км/ч
1. Выбор и
расчет параметров автобуса и его агрегатов
Вариант 47 - Автобусы междугородние. Длина 11,5 м;
максимальная скорость 110 км/ч.
.1 Определение массы автобуса
Для междугородних автобусов длиной 11,5 метров
принимаем коэффициент собственной массы Ко= 1000 кг/м [1], стр.150
Определяем снаряженную массу автобуса по формуле:
mсн = КО · А = 1000 · 11,5 = 11500 кг,
где А - длина автобуса.
Нагрузка для междугороднего автобуса задана
количеством мест (сидений) и не меняется.
Определим нагрузку автобуса по формуле:
mг = 150 · А · В = 150·11,5·2,5 = 4312,5 кг,
где В = 2,5 м - габаритная ширина автобуса.
Полная масса автобуса:
mа = mсн + mг = 11500 + 4312,5 = 15812,5 кг.
Вместимость междугороднего автобуса определим по
формуле:
nп = (mг
-75)/95 = (4312,5-75)/95 = 44,6 места
где 75 кг - масса водителя;
кг - масса одного пассажира с 25 кг багажа.
1.2
Распределение полного веса по осям
Принимаем распределение полного веса автобуса по осям
на примере автобуса ЛиАЗ-5256 при условии равномерного износа шин [1] стр.149.
На переднюю ось автобуса приходится 35,5% веса автобуса, на заднюю 64,5%.
1.3
Определение размер шин и радиус качения
Т.к на заднюю ось автобуса приходится 64,5% веса, то
на одно заднее колесо приходится:
((15812,5/100)*64,5)/4 = 2549,77 кгс.
В этой формуле мы находим 1% от веса автобуса и
подставляем вес, приходящийся на заднюю ось, затем делим на 4(т.к ошиновка
двухскатная) и получаем давление на одно заднее колесо. Аналогично считаем
давление, приходящееся на переднее колесо:
(15812,5/100)*35,5)/2 = 2806,7 кгс.
Из таблицы 3.3 методички выбираем шину 280R508. Она подходит для установки как на переднюю, так и на
заднюю ось. Радиус качения
.
Корректируем
давление в шинах для задней оси:
Корректируем
давление в шинах для передней оси:
1.4 Выбор
значений коэффициентов и некоторых величии
Выбираем КПД трансмиссии для междугороднего автобуса hт = 0,87.
Выбор коэффициента сопротивления качению f производим по графику1
|
Скорость V,
км/ч
|
0
|
40
|
60
|
80
|
100
|
110
|
|
f
|
И-М142Б
|
0,007
|
0,009
|
0,0118
|
0,0144
|
0,0184
|
0,0217
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Принимаем
коэффициент сопротивления воздуха 
Принимаем
площадь лобового сопротивления А = 6,9 
.
.5 Расчет
параметров двигателя
Принимаем для междугороднего автобуса тип двигателя -
дизельный.
Для междугородных автобусов мощность двигателя
рассчитываем на заданной максимальной скорости Vmax, лежащей в пределах 100-125 км/ч по формуле
где Кз =1,05- коэффициент запаса
f = 0,0217 -коэффициент сопротивлению качения;
hт = 0,87 - КПД трансмиссии;
А - 6,9 м2 - площадь лобового сопротивления автобуса;
Ga = ma · g = 15812,5 · 9,8 = 154962,5 Н
Сх = 0,6 - коэффициент сопротивления воздуха
Число оборотов двигателя при максимальной мощности по
рекомендациям [2] принимаем равным nр = 2150 об/мин.
Зная максимальную мощность и число оборотов при этой
мощности рассчитываем внешнюю скоростную характеристику крутящего момента
двигателя Tе = f(nд) и мощности
двигателя Ре = f(nд). Для этого построения используем
безразмерную характеристику прототипного дизельного двигателя по табл. 3,4 из
[2] с коэффициентом приспособляемости Кт = 1,14. Расчет ведем по формулам
nд = n0 · nр Те = Т0 · Тер Pe = Т0 · n0 · Pemax
где n0 -
безразмерная частота вращения вала двигателя;
Т0 - безразмерный крутящий момент.
Крутящий момент при максимальной мощности определим по
формуле
Результаты
расчетов приведены в таблице 1.
Расчет
внешней скоростной характеристики двигателя Таблица 1
|
n0
|
0,4
|
0,5
|
0,6
|
0,7
|
0,8
|
0,9
|
1,0
|
1,1
|
|
T0
|
1,084
|
1,128
|
1,14
|
1,13
|
1,106
|
1,104
|
1,0
|
|
|
nд, об/мин
|
860
|
1075
|
1290
|
1505
|
1720
|
1935
|
2150
|
2365
|
|
Te, Н·м
|
1009,7
|
1050,69
|
1061,86
|
1052,86
|
1030,19
|
1028,33
|
931,46
|
0
|
|
Ре, кВт
|
90,93
|
118,27
|
143,43
|
165,87
|
185,54
|
208,35
|
209,7
|
0
|
Внешние скоростные характеристики крутящего момента и
мощности двигателя приведены на рис.1, 2.
Рисунок 1
Рисунок 2
Рабочий объем двигателя рассчитываем по формуле
где ре - среднее эффективное давление
ре = (2,07-1,03·Кт)·(1+e) = (2,07*-1,03·1,14)·(1+17) = 16,13 бар.
В силу неточности формулы для ре , примем ре = 8.
Т.к.
двигатель большого литража занимает много полезного объема и имеет большой вес,
то целесообразно применить двигатель с турбонадувом. Принимаем ре = 13:
1.6 Выбор
передаточных чисел трансмиссии
Для междугороднего автобуса по рекомендациям [1] принимаем
пятиступенчатую коробку передач.
Для обеспечения заданной скорости движения автобуса на регуляторной ветви
характеристики мощности двигателя находим расчетную точку, для которой мощность
сопротивления качению и сопротивления воздуха равна мощности двигателя при
движении автобуса с заданной скоростью. По числу оборотов, соответствующему
этой точке и скорости движения автобуса при этих оборотах, рассчитываем
передаточное число U0 главной
передачи [1] стр. 175.
тяговый расчет междугородний автобус
Передаточное число трансмиссии на первой передаче определим по заданной
удельной тяге FТуд = 0,27 [1].
где
Теmax = 1061,86 Н·м - максимальный крутящий момент
(определяем по рис.1).
Передаточное число коробки передач со 2 по 5 передачи рассчитываем по
формуле:
Где
n - число передач в коробке;
k - порядковый
номер передачи.
Передаточное
число трансмиссии рассчитываем по формуле:
Результаты расчетов заносим в таблицу 2.
Таблица 2
|
Номер передачи
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
|
|
6,146
|
3,9
|
2,479
|
1,575
|
1
|
|
|
22,96
|
14,57
|
9,26
|
5,88
|
3,736
|
2. Тяговый и
топливно-экономический расчет автомобиля
.1 Расчет и
построение характеристики мощностного баланса автобуса
Мощностной баланс автомобиля представляет собой кривые мощности двигателя,
приведенные к колесам автомобиля, в зависимости от скорости его движения на
всех передачах в коробке передач.
Без учета скоростных потерь мощности на колесах автомобиля, можно
записать следующее выражение:
Ркол = Реηт, кВт
Скорость автомобиля без учета скоростных потерь
определим по формуле
Суммарная мощность сил сопротивления движению автобуса определим по
формуле
Полученные значения сносим в таблицу 3.
Коэффицент f примерно вычисляем по графику 1.
Таблица 3.
|
|
860
|
1075
|
1290
|
1505
|
1720
|
1935
|
2150
|
2365
|
|
|
22,96
|
|
|
7,16
|
8,95
|
10,74
|
12,53
|
14,3
|
16,1
|
17,9
|
19,69
|
|
|
14,57
|
|
|
11,28
|
14,1
|
16,92
|
19,74
|
22,56
|
25,38
|
28,2
|
31
|
|
|
9,26
|
|
|
17,75
|
22,19
|
26,63
|
31
|
35,5
|
39,94
|
44,38
|
48,82
|
|
|
5,88
|
|
|
27,96
|
34,95
|
41,93
|
48,92
|
55,9
|
62,9
|
69,89
|
76,88
|
|
|
3,74
|
|
|
43,95
|
54,94
|
65,93
|
76,91
|
87,9
|
98,89
|
109,88
|
120,87
|
|
|
90,93
|
118,27
|
143,43
|
165,87
|
185,54
|
208,35
|
209,7
|
192,92
|
|
 ,
кВт79,1102,9124,78144,3161,4181,26182,44167,84
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
 ,
кВт45,6460,2977,0896,46118,85144,7174,44208,46
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f
|
0,009
|
0,0108
|
0,0124
|
0,0141
|
0,0158
|
0,0183
|
0,0217
|
0,026
|
2.2 Расчет и
построение характеристики силового баланса автобуса
Силу тяги автобуса на всех передачах определим по формуле
Для
выполнения расчетов принимают значения Те из таблицы 1 и для заданных чисел
оборотов nд рассчитывают скорость движения автомобиля.
На
тяговую характеристику автомобиля наносят кривую силы сопротивления качению и
воздуха, определяемую из выражения:
Fк+в = fGа +
0,0473 CxAвV2, Н
Расчеты сводим в таблицу 4.
Таблица 4
|
nд, об/мин
|
860
|
1075
|
1290
|
1505
|
1720
|
1935
|
2150
|
|
Te, Н·м
|
1009,7
|
1050,6
|
1061,8
|
1052,8
|
1030,1
|
1028,3
|
931,46
|
|
|
90,93
|
118,27
|
143,43
|
165,87
|
185,54
|
208,35
|
209,7
|
|
1-я передача
|
V, км/ч
|
7,16
|
8,95
|
10,74
|
12,53
|
14,3
|
16,1
|
17,9
|
|
FT, H
|
39781
|
41395
|
41836
|
41469
|
40589
|
40515
|
36698
|
|
2-я передача
|
V, км/ч
|
11,28
|
14,1
|
16,92
|
19,74
|
22,56
|
25,38
|
28,2
|
|
FT, H
|
22544
|
26269
|
26548
|
26318
|
25756
|
25710
|
23288
|
|
3-я передача
|
V, км/ч
|
17,75
|
22,19
|
26,63
|
31
|
35,5
|
39,94
|
44,38
|
|
FT, H
|
16044
|
16695
|
16872
|
16724
|
16369
|
16340
|
14800
|
|
4-я передача
|
V, км/ч
|
27,96
|
34,95
|
41,93
|
48,92
|
55,9
|
62,9
|
69,89
|
|
FT, H
|
10188
|
10601
|
10714
|
10620
|
10395
|
10376
|
9398,3
|
|
5-я передача
|
43,95
|
54,94
|
65,93
|
76,91
|
87,9
|
98,89
|
109,88
|
|
FT, H
|
6480
|
6743
|
6814
|
6755
|
6611,6
|
6600
|
5978
|
|
FК+В, Н
|
1773
|
2264,7
|
2773,7
|
3343,3
|
3961,4
|
4751
|
5727
|
2.3 Расчет и
построение характеристики времени разгона автобуса до заданной скорости
Расчет времени разгона до заданной скорости ведем по следующей методике.
Ускорение автобуса можно определить по формулам
;
где
d - коэффициент вращающихся масс автобуса.
d1 = 1 + 0,015 · Uк12
+ 0,025 = 1 + 0,015 · 6,1462 + 0,025 = 1,59
d2 = 1 + 0,015 · Uк22
+ 0,025 = 1 + 0,015 · 3,92 + 0,025 = 1,25
d3 = 1 + 0,015 · Uк32
+ 0,025 = 1 + 0,015 · 2,4792 + 0,025 = 1,12
d4 = 1 + 0,015 · Uк42
+ 0,025 = 1 + 0,015 · 1,5752 + 0,025 = 1,06
d5 = 1 + 0,015 · Uк52
+ 0,025 = 1 + 0,015 · 12 + 0,025 = 1,04
Из
вышеприведенных формул получим:
где
DV = Vi+1
- Vi - интервал скоростей в км/ч для которого определяем Dt;
(FT-FК+В)ср
- среднее значение разности сил тяги и сопротивления в Н в заданном диапазоне
скоростей.
Среднее
значение разности сил тяги и сопротивления определим по формуле
Формулу
для определения Dt
приводим к более удобному виду:
Расчет
ведем в такой последовательности. Для каждой передачи разбиваем движение на
интервалы скоростей и определяем Dt для каждого интервала. Затем определяем точки
переключения скоростей. Скорости переключаем при достижении максимальной мощности
двигателя. По расчету получается это точки в конце диапазона скоростей для
каждой передачи.
Расчеты
сводим в таблицу 5.
После
этого корректируем общую сумму времени, определяя непрерывную
последовательность скоростей во всем диапазоне движения и учитывая время на
переключение передач.
При
переключении передач скорость падает. Потерю скорости определим по формуле
DV1 = 2,49·10-4 ·
1125,18 = 0,384 км/ч
DV2 = 2,49·10-4 ·
1472,9 = 0,504 км/ч
DV3 = 2,49·10-4 ·
1904,32 = 0,651 км/ч
DV4 = 2,49·10-4 ·
2940,035 = 1 км/ч
Результаты расчетов сводим в таблицу 5. Графическое
выражение данных этой таблицы приведены на рис.5.
Таблица 5.
|
1-я передача, d = 1,59
|
V, км/ч
|
7,16
|
8,95
|
10,74
|
12,53
|
14,3
|
16,1
|
17,9
|
|
|
FT, H
|
39781
|
41395
|
41836
|
41469
|
40589
|
40515
|
36698
|
|
|
FК+В, Н
|
1095
|
1100,4
|
1185
|
1193,2
|
1202,5
|
1213,2
|
1225,2
|
|
|
FT-FК+В, Н
|
38686
|
40853
|
40651
|
40276
|
39386
|
38938
|
35573
|
|
|
Dt,
с
|
0,314
|
0,306
|
0,309
|
0,31
|
0,32
|
0,337
|
0,351
|
|
|
2-я передача, d = 1,25
|
V, км/ч
|
11,28
|
14,1
|
16,92
|
19,74
|
22,56
|
25,38
|
28,2
|
|
|
FT, H
|
22544
|
26269
|
26548
|
26318
|
25756
|
25710
|
23288
|
|
|
FК+В, Н
|
1187
|
1202
|
1218,5
|
1238,7
|
1292,9
|
1365,8
|
1472,9
|
|
|
FT-FК+В, Н
|
21357
|
25067
|
25330
|
25077
|
24464
|
24344
|
21815
|
|
|
Dt,
с
|
0,666
|
0,614
|
0,614
|
0,624
|
0,634
|
0,67
|
0,7
|
|
|
3-я передача, d = 1,12
|
V, км/ч
|
17,75
|
22,19
|
26,63
|
31
|
35,5
|
39,94
|
44,38
|
|
|
FT, H
|
16044
|
16695
|
16872
|
16724
|
16369
|
16340
|
14800
|
|
|
FК+В, Н
|
1224
|
1290
|
1425
|
1505
|
1641
|
1785
|
1904
|
|
|
FT-FК+В, Н
|
14820
|
15406
|
15448
|
15219
|
14728
|
14556
|
12897
|
|
|
Dt,
с
|
1,44
|
1,41
|
1,4
|
1,48
|
1,49
|
1,59
|
1,69
|
|
|
4-я передача, d = 1,06
|
V, км/ч
|
27,96
|
34,95
|
41,93
|
48,92
|
55,9
|
62,9
|
69,89
|
|
|
FT, H
|
10188
|
10601
|
10714
|
10620
|
10395
|
10376
|
9398,3
|
|
|
FК+В, Н
|
1439
|
1603
|
1816
|
2018
|
2224
|
2588
|
2940
|
|
|
FT-FК+В, Н
|
8749
|
8998,5
|
8897,7
|
8602
|
8171
|
7789
|
6458
|
|
|
Dt,
с
|
3,66
|
3,63
|
3,72
|
3,87
|
4,08
|
4,56
|
5
|
|
|
5-я передача, d = 1,04
|
V, км/ч
|
43,95
|
54,94
|
65,93
|
76,91
|
87,9
|
98,89
|
109,88
|
|
|
FT, H
|
6480
|
6743
|
6815
|
6755
|
6611,6
|
6600
|
5978
|
|
|
FК+В, Н
|
1773
|
2265
|
2773,7
|
3343,3
|
3961,4
|
4750,8
|
5727
|
|
|
FT-FК+В, Н
|
4707
|
4478
|
4041
|
3411,7
|
3961,4
|
1848,7
|
1250
|
|
|
Dt,
с
|
10,92
|
11,77
|
13,45
|
16,55
|
22,3
|
47,77
|
80,19
|
|
|
1-я передача
|
|
|
V, км/ч
|
0
|
8,95
|
10,7
|
12,5
|
14,3
|
16,1
|
17,9
|
17,5
|
16,9
|
19,74
|
22,56
|
25,38
|
28,2
|
|
Dt,
с
|
0
|
0,314
|
0,306
|
0,309
|
0,31
|
0,32
|
0,33
|
1,5
|
3,39
|
0,624
|
0,634
|
0,67
|
0,7
|
|
St,
с
|
0
|
0,314
|
0,62
|
0,929
|
1,23
|
1,55
|
1,89
|
3,39
|
3,39
|
4,01
|
4,634
|
5,268
|
5,938
|
|
3-я передача
|
4-я передача
|
|
|
V, км/ч
|
26,6
|
31
|
35,5
|
39,9
|
44,4
|
43,7
|
41,9
|
48,9
|
55,9
|
62,9
|
69,89
|
68,89
|
|
|
Dt,
с
|
7,43
|
1,48
|
1,49
|
1,59
|
1,69
|
1,5
|
14,9
|
3,72
|
3,87
|
4,08
|
4,56
|
1,5
|
|
|
St,
с
|
7,43
|
8,83
|
10,32
|
11,8
|
13,4
|
11,8
|
14,9
|
18,62
|
22,4
|
26,68
|
31
|
32,54
|
|
|
5-я передача
|
|
|
V, км/ч
|
65,9
|
76,9
|
87,9
|
98,8
|
110
|
|
|
Dt,
с
|
32,5
|
16,5
|
22,3
|
47,7
|
|
|
St,
с
|
32,5
|
31,1
|
40,4
|
52,5
|
60,5
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рисунок 5
.4 Расчет и
построение топливно-экономической характеристики автобуса
Топливно-экономическая характеристика автобуса строится при движении на
пятой передаче.
Путевой расход топлива автобуса определим по формуле [1] стр.76-80.
, л/100
км
где
beр = 230 г/(кВт·ч) - удельный расход топлива при работе
двигателя на максимальной мощности;
kр -
коэффициент, учитывающий степень использования мощности двигателя;
kn -
коэффициент, учитывающий степень использования числа оборотов двигателя;
rТ = 0,86 г/см3 -
плотность дизельного топлива.
Степень
использования мощности определим по формуле
При отсутствии характеристики мощностного баланса степень использования
мощности двигателя следует определять по тяговой характеристике автомобиля,
используя выражение:
Отношением
текущей скорости автомобиля к скорости при максимальной мощности двигателя:
Коэффициенты kр, kn определим по формулам
kр =
1,98 - 2,61·Ир+1,63·Ир2 kn =
1,14 - 0,71·Иn+0,57·Иn2
|
V, км/ч
|
43,95
|
54,94
|
65,93
|
76,91
|
87,9
|
98,89
|
109,88
|
|
Fт, кВт
|
6480
|
6743
|
6814
|
6755
|
6611,6
|
6600
|
5978
|
|
FК+В, кВт
|
1773
|
2264,7
|
2773,7
|
3343,3
|
3961,4
|
4751
|
5727
|
|
Ир
|
0,274
|
0,336
|
0,399
|
0,495
|
0,596
|
0,72
|
0,858
|
|
Иn
|
0,4
|
0,5
|
0,6
|
0,7
|
0,8
|
0,9
|
1
|
|
kр
|
1,385
|
1,283
|
1,196
|
1,089
|
0,999
|
0,945
|
0,94
|
|
kn
|
0,947
|
0,928
|
0,919
|
0,922
|
0,937
|
0,963
|
1
|
|
ВS, л/100 км
|
41,87
|
40,16
|
39,5
|
38,71
|
38,9
|
40,9
|
45,87
|
Техническая
характеристика автобуса
. Тип автомобиля - междугородний автобус вместимостью
- 46 мест
. Снаряжённая масса -
11500 кг
. Полная масса -
15812,5 кг
. Тип двигателя -
дизель
. Максимальная мощность двигателя - 209,7 кВт при
2150 об/мин
. Максимальный крутящий момент - 1062, Н·м при
1290 об/мин
. Рабочий объем двигателя -
9,0 литрв
. Размер шин -
280R508
. Давление воздуха в шинах -
7,37 бар
. Передаточные числа коробки передач:
1-ая -
6,146
2-ая -
3,9
3-я -
2,479
4-ая -
1,575
5-ая -
1
.Максимальная скорость -
110 км/ч
.Время разгона до 100 км/ч -
131 с.
.Контрольный расход топлива:
43 км/ч -
41,87 л.
53,7 км/ч -
40,16 л.
64,4 км/ч -
39,5 л.
75,2 км/ч -
38,71 л.
85,9 км/ч -
38,9 л.
96,7 км/ч -
40,9 л.
107,4 км/ч -
45,87 л.
Литература
1. Петров
В.А. Теория автомобиля: Учебное пособие для Вузов. - МГОУ, 1996.
.
Методические указания по выполнению курсового проекта. МГОУ.