Тяговый расчет автомобиля ГАЗ-53А с двигателем ЗМЗ–53
1. Внешняя скоростная
характеристика двигателя ЗМЗ-53
Внешняя
скоростная характеристика представляет собой зависимость эффективной мощности [кВт], эффективного
крутящего момента [Н·м], удельного расхода
топлива [г/кВт·ч], часового расхода топлива
[кг/ч], от частоты
вращения коленчатого вала [об/мин] при
установившемся режиме работы двигателя и максимальной подаче топлива.
Определение
текущего значения эффективной мощности ,
[кВт] от частоты вращения коленчатого вала двигателя производится по
эмпирической зависимости, предложенной С.Р. Лейдерманом:
,
где – максимальная
эффективная мощность двигателя [кВт];
– текущая частота вращения [об/мин];
– частота вращения при максимальной
мощности [об/мин];
Для бензинового
двигателя коэффициенты =1 и =1
Определение
наименьшей устойчивой – и максимальной – частот вращения
коленчатого вала [об/мин]
=0,13·nN; = 0,13·3200 = 416 об/мин
Т.к. на
двигателе установлен ограничитель частоты вращения коленчатого вала, то:
=1,2· nN; = 1,2·3200 = 3840 об/мин
= 11,7 кВт
Значения
эффективной мощности двигателя сводятся в таблицу 1
Определение
мощности НЕТТО двигателя , [кВт]
= 0,9·; =
0,9·11,7 = 10,5 кВт
Значения
мощности НЕТТО двигателя сводятся в таблицу 1
Определение
эффективного крутящего момента двигателя ,
[Н·м]
=9550·; ==
279,3 Н·м
Значения
эффективного крутящего момента двигателя сводятся в таблицу 1
Определение
крутящего момента двигателя НЕТТО , [Н·м]
= 0,9·; =
0,9·279,3 = 251,4 Н·м
Значения
крутящего момента двигателя НЕТТО сводятся в таблицу 1
Определение
удельного расхода топлива , [г/кВт·ч]
,
где – минимальный удельный расход топлива [г/кВт·ч]
= 327,2 [г/кВт·ч]
Значения
удельного расхода топлива двигателя сводятся в таблицу 1
Определение
часового расхода топлива двигателя , [кг/ч]
= 3,8 кг/ч
Значения
часового расхода топлива двигателя сводятся в таблицу 1
2. Тяговый
баланс автомобиля
Тяговый
баланс автомобиля – это совокупность графиков зависимостей силы тяги на ведущих
колесах , [Н] (на различных передачах), а также
суммы сил сопротивления качению , [Н] и воздуха , [Н] от скорости движения автомобиля [км/ч]
Расчет сил
тяги на колесах для каждой передачи , [Н]
,
где – коэффициент полезного действия
трансмиссии;
– передаточное число трансмиссии;
– радиус качения колеса, [м]
,
где – передаточное число коробки переменных
передач
– передаточное число главной передачи
Радиус
качения колеса , [м] для радиальной шины
определяется как:
КПД трансмиссии
определяется:
,
где K – число пар
цилиндрических шестерен в трансмиссии автомобиля, через которые передается
крутящий момент на -той передаче;
L – число пар конических
или гипоидных шестерен;
M – число карданных шарниров.
Расчет
скорости движения автомобиля для каждой передачи ,
[км/ч]
Расчет
силы тяги на колесах и скорости автомобиля на 1-й передаче
м
Н
км/ч
Значения силы
тяги на колесах и скорости автомобиля на 1-й передаче сводятся в таблицу 2
Расчет
силы тяги на колесах и скорости автомобиля на 2-й передаче
Н
км/ч
Значения силы
тяги на колесах и скорости автомобиля на 2-й передаче сводятся в таблицу 2
Расчет силы
тяги на колесах и скорости автомобиля на 3-й передаче
Н
км/ч
Значения силы
тяги на колесах и скорости автомобиля на 3-й передаче сводятся в таблицу 2
Н
км/ч
Значения силы
тяги на колесах и скорости автомобиля на 4-й передаче сводятся в таблицу 2
Расчет силы
сопротивления качению колес автомобиля по дорожному покрытию , [Н]
,
где – масса полностью загруженного
автомобиля, [кг]
= 9,8 – ускорение свободного падения,
[м/с2]
– коэффициент сопротивления качению
автомобильного колеса
,
где = 0,018 – коэффициент сопротивления
качению колес автомобиля по асфальтобетону;
= 0,03 – коэффициент сопротивления
качению колес автомобиля по грунтовой дороге.
Расчет
коэффициента сопротивления качению колеса и
силы сопротивления качению колес автомобиля по асфальтобетону , [Н]
Н
Расчет
коэффициента сопротивления качению колеса и
силы сопротивления качению колес автомобиля по грунтовой дороге, [Н]
Н
Значения сил
сопротивления качению колес автомобиля сводятся в таблицу 3
Расчет
силы сопротивления воздуха действующей на автомобиль ,
[Н]
,
где – коэффициент обтекаемости формы
автомобиля, [кг/м3]
– площадь МИДЕЛЯ – площадь проекции
автомобиля на плоскость перпендикулярную продольной оси, [м2].
[кг/м3],
где – коэффициент аэродинамического
сопротивления;
= 1,225 [кг/м3] – плотность
воздуха
[м2],
где – колея передних колёс
автомобиля, [м]
– наибольшая высота автомобиля, [м]
м2
кг/м3
Н
Значения сил
сопротивления воздуха автомобиля сводятся в таблицу 3
;
Н укатанная снеж. дорога
Н мокрый асфальт
Н сухая грунт. дорога
Н сухой асфальт
3. Динамический
фактор автомобиля
Динамический
фактор автомобиля представляет собой совокупность динамических характеристик,
номограммы нагрузок автомобиля.
Динамическая
характеристика – это зависимость динамического фактора автомобиля с полной
нагрузкой от скорости его движения
.
Динамическим
фактором автомобиля называется отношение
разности силы тяги и силы сопротивления воздуха к весу автомобиля:
.
Расчет
динамического фактора и силы сопротивления воздуха , [H] на 1-ой передаче
Н
Значения
динамического фактора и силы сопротивления воздуха на 1-й передаче сводятся
в таблицу 4
Расчет
динамического фактора и силы сопротивления воздуха , [H] на 2-ой передаче
Н
Значения
динамического фактора и силы сопротивления воздуха на 2-й передаче сводятся
в таблицу 4
Расчет
динамического фактора и силы сопротивления воздуха , [H] на 3-ей передаче
Н
Значения
динамического фактора и силы сопротивления воздуха на 3-й передаче сводятся
в таблицу 4
Расчет
динамического фактора и силы сопротивления воздуха , [H] на 4-ой передаче
Н
Значения
динамического фактора и силы сопротивления воздуха на 4-й передаче сводятся
в таблицу 4
Расчет
суммарного коэффициента сопротивления дороги
С учетом
того, что автомобиль движется по ровной, горизонтальной поверхности дороги, то
Значения
коэффициентов сопротивления качению колес по
асфальтобетону и по грунтовой дороге берутся из таблицы 3
Значения
коэффициента суммарного сопротивления движения автомобиля по асфальтобетону и по грунтовой дороге сводятся в таблицу 5
мм
мм
4. Характеристика
ускорений автомобиля
Характеристика
ускорений
– это зависимость ускорений автомобиля от скорости , [м/с2], при
его разгоне на каждой передаче.
Величину
ускорений , [м/с2] при разгоне автомобилей
рассчитывают из выражения:
,
где – коэффициент суммарного дорожного
сопротивления по асфальтобетонному покрытию ( = );
– коэффициент, учитывающий инерцию
вращающихся масс при разгоне автомобиля
,
где – момент инерции маховика и
разгоняющихся деталей автомобиля, [кг/м2];
– момент инерции колес автомобиля,
[кг/м2];
n=4 – общее число колес
автомобиля
Таким
образом, величина коэффициента показывает, во сколько раз увеличиваются
силовые и мощностные затраты, связанные с разгоном автомобиля, по
причине разгона вращающихся масс автомобиля (двигателя, шестерен и валов
трансмиссии, колес и связанных с ними деталей)
Расчет
величины ускорения при разгоне автомобиля на 1-ой передаче
м/с2
Значения
величины ускорения при разгоне автомобиля на 1-ой передаче сводятся в таблицу 5
Расчет
величины ускорения при разгоне автомобиля на 2-ой передаче
м/с2
Значения
величины ускорения при разгоне автомобиля на 2-ой передаче сводятся в таблицу 5
Расчет
величины ускорения при разгоне автомобиля на 3-ей передаче
м/с2
Значения
величины ускорения при разгоне автомобиля на 3-ей передаче сводятся в таблицу 5
Расчет
величины ускорения при разгоне автомобиля на 4-ой передаче
м/с2
Значения
величины ускорения при разгоне автомобиля на 4-ой передаче сводятся в таблицу 5
5. Характеристика
времени и пути разгона автомобиля
Характеристика
разгона
представляет собой зависимости времени
t = f(Va), [c] и пути S = f(Va), [м], разгона полностью
загруженного автомобиля, на отрезке ровного, горизонтального шоссе с
асфальтобетонным покрытием. Для определения времени разгона воспользуемся
графиком зависимости ja z = f(Va).
Время
разгона
Время
движения автомобиля, при котором его скорость возрастает на величину , определяется по закону равноускоренного
движения:
,
где: км/ч
– значение ускорения в начале интервала,
[м/с2]
– значение ускорения в конце интервала, [м/с2]
Суммарное
время разгона автомобиля на заданной передаче от минимальной скорости Va min до максимальной скорости
Va max находят суммированием
времени разгона на интервалах:
где: q – общее число интервалов.
Определение
значений времени разгона автомобиля
м/с2
км/ч
с
Значения
времени разгона автомобиля сводятся в таблицу 6
Путь
разгона
, [м] – путь, проходимый автомобилем за
время
– значение скорости в начале интервала,
км/ч
– значение скорости в конце интервала, км/ч
– время движения автомобиля, при
котором его скорость возрастает на величину
Путь,
проходимый автомобилем при его разгоне, от минимальной скорости
Va min = 0 до максимальной – Va max, находят суммированием
расстояний на интервалах:
, [м]
где: q – общее число интервалов.
Путь,
пройденный автомобилем за время переключения
передачи с индексом на передачу с индексом
составляет:
Определение
значений пути разгона
с
км/ч
м
Значения пути
разгона автомобиля сводятся в таблицу 6
6. Мощностной
баланс автомобиля
Мощностной
баланс
автомобиля представляет собой совокупность зависимостей мощностей на ведущих
колесах автомобиля, [кВт], для всех
передаточных чисел трансмиссии, мощностей сопротивления дороги , [кВт], и воздуха , [кВт], от скорости движения
, [км/ч].
Расчет
мощности, приведенной от двигателя к колесам автомобиля, на каждой передаче, [кВт]
кВт
Значения
мощности, приведенной от двигателя к колесам на 1-ой, 2-ой, 3-ей передачах сводятся в таблицу 7
Расчет
мощности, приведенной от двигателя к колесам автомобиля на 4-ой передаче
кВт
Значения
мощности, приведенной от двигателя к колесам на 4-й передаче сводятся в таблицу 7
Расчет мощности,
затрачиваемой на преодоление сопротивления воздуха ,
[кВт]
кВт
Значения
мощности, затрачиваемой на преодоление сопротивления воздуха сводятся в таблицу
7.
Расчет мощности
суммарного сопротивления дороги , [кВт]
,
где – , причем – сила,
затрачиваемая на преодоление автомобилем подъема. Так как автомобиль движется
по ровной горизонтальной поверхности дороги, то .
и принимаем
из таблицы 3
Расчет
мощности сопротивления качению колес автомобиля по асфальтобетону
кВт
Расчет
мощности сопротивления качению колес автомобиля по грунтовой дороге
кВт
Значения
мощности сопротивления качению колес автомобиля сводятся в таблицу 8.
7. Топливно-экономическая характеристика автомобиля
Топливно-экономическая
характеристика автомобиля позволяет определять расход топлива в зависимости от
скорости его движения. Она представляет собой график зависимости путевого
расхода топлива от скорости автомобиля.
Значения
путевого расхода топлива , [л/100 км] определяют
по выражению:
,
где - часовой расход топлива,
[кг/ч],
,
где: – функция зависимости
удельного расхода топлива от частоты вращения коленчатого вала двигателя,
[г/кВт×ч];
- суммарная мощность сопротивления
движению автомобиля, [кВт];
– коэффициент, учитывающий изменение
удельного расхода топлива в зависимости от коэффициента использования
мощности двигателя .
,
где: – плотность топлива, [г/см3];
, [г/см3] – плотность
бензина;
Определение
путевого расхода топлива на 3-й передаче по
асфальтобетону.
кг/ч
л/100 км
Значения
путевого расхода топлива на 3-й передаче по асфальтобетону сводятся в таблицу 9
Определение
путевого расхода топлива на 3-й передаче по
грунту
кг/ч
л/100 км
Значения
путевого расхода топлива на 3-й передаче по грунту сводятся в таблицу 9
Определение
путевого расхода топлива на 4-й передаче по асфальтобетону
кг/ч
л/100 км
путевого
расхода топлива на 4-й передаче по асфальтобетону сводятся в таблицу 9
Определение
путевого расхода топлива на 4-й передаче по грунту
кг/ч
л/100 км
путевого
расхода топлива на 4-й передаче по грунту сводятся в таблицу 9
Заключение
В данной
курсовой работе я провел тяговый расчет автомобиля
ГАЗ 53А с двигателем ЗМЗ – 53.
Построил внешнюю скоростную характеристику двигателя. Вычислил тягу, динамику и
ускорения автомобиля на разных передачах КПП. Также произвел расчет времени и
пути разгона автомобиля, баланс мощностей и экономичность двигателя на данной
передаче по разным типам дорожных покрытий.
Список
литературы
1. Конструкция, расчет и
потребительские свойства изделий. Методические указания по курсовому
проектированию. Составитель А.И. Федотов. - Иркутск: Изд-во ИрГТУ,
2004. Часть 1–41 с.