Анализ эксплуатационных свойств автомобиля УАЗ-316300 'Патриот'
Курсовая
работа
Анализ
эксплуатационных свойств автомобиля УАЗ-316300 «Патриот»
Цель и задачи курсовой работы
Основной целью курсовой работы является
формирование навыков анализа движения автотранспортного средства (на примере
автомобиля УАЗ-316300 «Патриот») в конкретных дорожных условиях, необходимых
при разборке рекомендаций по эффективной и безопасной эксплуатации
автотранспортного средства.
В процессе выполнения курсовой работы решаются
следующие задачи:
· Формирование массива исходных данных
для АТС УАЗ-316300 «Патриот»;
· Рассчитать и проанализировать
тягово-скоростные и тормозные свойства АТС УАЗ-316300 «Патриот», его
устойчивость, маневренность и топливную экономичность;
· Разработать рекомендации по
безопасной эксплуатации АТС УАЗ-316300 «Патриот» в заданных дорожных условиях.
Принятые условные обозначения
ma - масса
груженого автотранспортного средства, кг;
m0 - масса порожнего
автотранспортного средства, кг;
m01 - масса,
приходящаяся на переднюю ось порожнего автотранспортного средства, кг;
m02 - масса,
приходящаяся на заднюю ось порожнего автотранспортного средства, кг;
Rmin -
минимальный радиус поворота по оси внешнего переднего колеса, м;
rк - статический
радиус колеса, м;
Jк - момент инерции
колеса, кг*м2;
Jтр - момент инерции
вращающихся элементов трансмиссии, кг*м2;
Jд - момент инерции
двигателя, подведенный к его выходному валу, кг*м2;
Ме - эффективный крутящий момент, Н*м;
nе - частота
вращения вала ДВС, об/мин;
Nе - эффективная
мощность, кВт;
i - количество
цилиндров;
L - база автомобиля,
м;
Вп - колея передних колес, мм;
Вз - колея задних колес, мм;
lк - длина кузова,
мм;
bк - ширина кузова,
мм;
hб - высота кузова,
мм;
hП - погрузочная
высота, мм;
zп - число
посадочных мест;
δ - коэффициент учета
вращающихся масс;
Fа - лобовая площадь
АТС, м2;
Rz -
нормальные реакции дороги, действующие на АТС;
g - ускорение силы
тяжести, м/с2;
D - динамический
фактор;
t - время, с;
S - путь, м;
Qt, Qs
- соответственно часовой, кг/ч, и путевой, л/100км, расход топлива;
Rz, Rx
- соответственно нормальная и касательные реакции, Н;
ѓ - коэффициент сопротивления качению;
φ - коэффициент
сцепления;
ψ - коэффициент
сопротивления дороги;
i - уклон;
Сх - коэффициент аэродинамического
сопротивления;
uтр - передаточное
число трансмиссии;
ηтр - КПД трансмиссии;
V - скорость, м/с;
j - ускорение, м/с2;
АТС - автотранспортное средство;
ДВС - двигатель внутреннего сгорания;
КПД - коэффициент полезного действия;
1. Блок первичных исходных данных
.1 Массив исходных данных
Параметры, характеризующие автомобиль
представлены таблицей 1.1.1 и рисунками 1.1.1, 1.1.2, 1.1.3.
Техническая характеристика характеризующая
автомобиль УАЗ-316300 «Патриот» представлена в таблице 1.1.1
Таблица 1.1.1 - Техническая характеристика
автомобиля УАЗ-316300 «Патриот» [3,5] Характеристика УАЗ-316300 «Патриот»
№
пп
|
Наименование
параметра
|
Размерность
|
Значение
|
1
|
Грузоподъёмность
|
кг
|
600
|
2
|
Допустимая
масса прицепа:
|
|
|
|
оборудованного
тормозами
|
кг
|
1500
|
|
без
тормозов
|
кг
|
750
|
3
|
Собственная
масса, m0
|
кг
|
2050
|
|
в
т. ч. на переднюю ось m01
|
кг
|
1110
|
|
на
заднюю ось m02
|
кг
|
940
|
4
|
Полная
масса, mа
|
кг
|
2650
|
|
в
т. ч. на переднюю ось mа1
|
кг
|
1217
|
|
на
заднюю ось mа2
|
кг
|
1433
|
5
|
Радиус
поворота по оси внешнего переднего колеса
|
м
|
6,55
|
6
|
Максимальная
скорость
|
км/ч
|
150
|
7
|
Контрольный
расход топлива при скорости 90 км/ч
|
л/100
км
|
10,4
|
8
|
Передаточные
числа коробки передач:
|
|
|
|
I передача
|
|
4,155
|
|
II передача
|
|
2,265
|
|
III передача
|
|
1,428
|
|
IV передача
|
|
1
|
|
V передача
|
|
0,88
|
|
задняя передача
|
|
3,827
|
|
главная передача
|
|
4,625
|
|
раздаточная коробка
|
|
I-1,
II-1,94
|
9
|
Число ходовых колес
|
|
4
|
10
|
Размер шин
|
дюйм
(мм)
|
225/75R16
|
11
|
Статический радиус колеса Rк
|
м
|
0,345
|
12
|
Момент инерции колеса
|
кг*м2
|
1,955
|
13
|
Масса агрегатов: двигатель
|
кг
|
190
|
14
|
База L
|
мм
|
2760
|
15
|
Колея колес:
|
|
|
|
передних колес Вп
|
мм
|
1600
|
|
задних колес Вз
|
мм
|
1600
|
16
|
Параметры кузова:
|
|
|
|
длина lк
|
мм
|
4647
|
|
ширина bк
|
мм
|
2080
|
|
высота hк
|
мм
|
2000
|
|
погрузочная высота hк
|
мм
|
667
|
Далее в таблице 1.1.2 представлена
характеристика двигателя ЗМЗ-409.10, установленного на АТС УАЗ-316300 «Патриот».
Таблица 1.1.2 - Техническая характеристика
двигателя ЗМЗ-409.10 Характеристика двигателя ЗМЗ-409.10
Наименование
параметра
|
Размерность
|
Значение
|
Максимальная
мощность Nе при nе=4400,
об/мин
|
кВт
|
105
|
Максимальный
крутящий момент Ме при nе=3900, об/мин
|
Нм
(кг*см)
|
230
(23,5)
|
Момент
инерции вращающихся элементов трансмиссии, приведенный к колесам, Jтр
|
кг*м2
|
2,737
|
Момент
инерции двигателя, приведенный к его выходному валу, Jд
|
кг*м2
|
0,232
|
Степень
сжатия
|
|
9
|
Минимальный
эффективный расход топлива
|
г/кВт*ч
|
265
|
Рабочий
объём двигателя
|
л
|
2,7
|
|
м3
|
0,0027
|
Рабочий
объем одного цилиндра
|
л
|
0,675
|
|
м3
|
0,000675
|
Внешняя
скоростная характеристика Me=ѓ(ne)
|
ne, об/мин
|
1000
|
1500
|
2000
|
2500
|
3000
|
3500
|
4000
|
4500
|
Me, Н*м
|
171
|
200
|
212
|
220
|
220
|
227
|
230
|
225
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Далее представлен алгоритм расчета параметров,
которые не указаны в технической характеристике автомобиля УАЗ-316300
«Патриот».
Момент инерции колеса
Jk=ρk*rk5 (1.1.1)
где Jk
- момент инерции колеса, кг*м2; ρk=400
кг/м3; rk - радиус
колеса, м.
Jk=400*0,3455=1,955
Момент инерции вращающихся элементов
трансмиссии, приведенный к колесам:
Jтр=Jk*zk*kтр (1.1.2)
где Jтр
- момент инерции вращающихся элементов трансмиссии, приведенный к колесам,
кг*м2; Jk - момент
инерции колеса, кг*м2; zk
- число ведущих колес; kтр=0,35
корректирующий коэффициент [1, прил. 4].
Jтр=1,955*4*0,35=2,737
Момент инерции двигателя, приведенный к его
выходному валу:
Jд=J0+((i*Vц)2*kд/) (1.1.3)
где Jд - момент инерции
двигателя, приведенный к его выходному валу, кг*м2; J0=0,05,
кг*м2 [1, прил. 4]; i - число цилиндров; Vц - рабочий
объем одного цилиндра, м3; kд=50000, кг/м4, корректирующий
коэффициент [1, прил. 4].
Jд=0,05+((4*0,000675)2*50000/)=0,232
Коэффициент учета вращающихся масс δ рассчитывается
для каждой передачи коробки по формуле:
δ=1+((Jд*uтр2*ηтр+Jтр+Jк*zk)/mа*rk2) (1.1.4)
где δ - коэффициент
учета вращающихся масс; Jд - момент инерции двигателя,
приведенный к его выходному валу, кг*м2; uтр -
передаточное число трансмиссии; ηтр - КПД трансмиссии; Jтр - момент
инерции вращающихся элементов трансмиссии, приведенный к колесам, кг*м2; Jk - момент
инерции колеса, кг*м2; zk - число ведущих колес; mа - масса
груженого АТС, кг; rk - радиус колеса, м.
Для того что бы произвести расчет
коэффициента учета вращающихся масс необходимо найти передаточные числа
трансмиссии и КПД трансмиссии на всех передачах.
Передаточные числа трансмиссии рассчитываются
по следующей формуле:
uтр= uгп*uкп*uрк (1.1.5)
где uгп -
передаточное число главной передачи; uкп -
передаточное число коробки передач на данной передачи; uрк -
передаточное число раздаточной коробки.
Для первой передачи передаточное число
трансмиссии равно:
uтр1=4,625*4,155*1=19,2
Для второй передачи передаточное
число трансмиссии равно:
uтр2=4,625*2,265*1=10,48
Для третьей передачи передаточное
число трансмиссии равно:
uтр3=4,625*1,
428*1=6,6
Для четвертой передачи передаточное
число трансмиссии равно:
uтр4=4,625*1*1=4,625
Для пятой передачи передаточное
число трансмиссии равно:
uтр5=4,625*0,88*1=4,07
КПД трансмиссии для передач коробки
передач рассчитывается по формуле:
ηтр=ηгп*ηкп*ηрк (1.1.6)
где ηгп - КПД
главной передачи; ηкп - КПД
коробки передач; ηрк - КПД
раздаточной коробки.
Для первой передачи КПД трансмиссии
равно:
ηтр1=0,96*0,94*0,99=0,89
Для второй передачи КПД трансмиссии
равно:
ηтр2=0,96*0,94*0,99=0,89
Для третьей передачи КПД трансмиссии
равно:
ηтр3=0,96*0,94*0,99=0,89
Для четвертой передачи КПД
трансмиссии равно:
ηтр4=0,96*0,99*0,99=0,94
Для пятой передачи КПД трансмиссии
равно:
ηтр3=0,96*0,94*0,99=0,89
Теперь произведем расчет
коэффициента учета вращающихся масс для каждой передачи:
Коэффициент учета вращающихся масс
на первой передаче равен:
δ=1+((0,232*19,22*0,89+2,737+1,955*4)/2650*0,3452)=1+((0,232*368,6*0,89++2,737+7,82)/2650*0,119)=1+((76,1+2,737+7,82)/315,35)=1+(86,657/315,35)=1+0,27=1,27
Коэффициент учета вращающихся масс
на второй передаче равен:
δ=1+((0,232*10,482*0,89 +
2,737 + 1,955 *4)/2650*0,3452)=1+((0,232*109,83 х
х0,89+2,737+7,82)/2650*0,119)=1+((22,68+2,737+7,82)/315,35)=1+(33,237/315,35)==1+0,105=1,105
Коэффициент учета вращающихся масс
на третьей передаче равен:
δ=1+((0,232*6,62*0,89+2,737+1,955*4)/2650*0,3452)=1+((0,232*43,56*0,89+2,737+7,82)/2650*0,119)=1+((8,99+2,737+7,82)/315,35)=1+(19,547/315,35)=1+0,06=1,06
Коэффициент учета вращающихся масс
на четвертой передаче равен:
δ=1+((0,232*4,6252*0,94+2,737+1,955*4)/2650*0,3452)=1+((0,232*21,4*0,94+2,737+7,82)/2650*0,119)=1+((4,66+2,737+7,82)/315,35)=1+(15,217/315,35)=1+0,048=1,048
Коэффициент учета вращающихся масс
на пятой передаче равен:
δ=1+((0,232*4,072*0,89+2,737+1,955*4)/2650*0,3452)=1+((0,232*16,56*0,89+2,737+7,82)/2650*0,119)=1+((3,419+2,737+7,82)/315,35)=1+(13,976/315,35)=1+0,044=1,044
Далее на странице 12 представлен
график внешней скоростной характеристики двигателя ЗМЗ-409.10 взятой из
источника [5].
Показатели скоростной характеристики
представлены в таблице 1.1.2.
Рисунок 1.1.4 - График внешней
скоростной характеристики двигателя ЗМЗ-409.10
Далее представляем характеристику
полезной нагрузки. Для пассажирского автомобиля определяем массу одного
человека из условия полного использования грузоподъемности:
mч=(ma-m0-mг)/Zч (1.1.6)
где mч - масса
одного пассажира, кг; mа - масса груженого АТС, кг; m0 - масса
порожнего АТС, кг; mг - масса груза, кг; Zч - число
пассажиров.
Для автомобиля УАЗ-316300 «Патриот»
грузоподъемностью 600 кг с грузом в багажнике массой 225 килограмм, масса
одного пассажира будет равна:
mч=(2650-2050-225)/5=75
Ниже в таблице 1.1.3 представлена
характеристика полезной нагрузки автомобиля УАЗ-316300 «Патриот»:
Таблица 1.1.3 - Характеристика
полезной нагрузки
Наименование
|
Размерность
|
Значение
|
Груз
|
Масса
БРУТТО
|
кг
|
225
|
Вид
тары
|
|
Коробка
|
Габаритные
размеры
|
|
|
длина
|
м
|
0,792
|
ширина
|
м
|
1,232
|
высота
|
м
|
0,8
|
Человек
|
Масса
одного пассажира
|
кг
|
75
|
Число
посадочных мест, включая водителя
|
ед
|
5
|
Общая
масса пассажиров
|
кг
|
375
|
1.2 Блок производных исходных данных
Блок производных исходных данных формируется на
базе первичных данных путем расчетов и соответствующих графических построений.
Определим координаты центра масс порожнего
автомобиля следующим образом.
Ординату h0
принимаем равной:
h0=1,5*rk (1.2.1)
где h0
- ордината центра масс порожнего автомобиля, м; rk
- радиус колеса АТС, м.
h0=1,5*0,345=0,5175
Абсцисса порожнего автомобиля x0
определяем из уравнения моментов, составленного относительно центра О (рисунок
1.2.1):
(m02*L-m0*x0)*g=0 (1.2.2)
где m02
- масса, приходящаяся на заднюю ось порожнего автотранспортного средства, кг; L
- база АТС, мм; m0 - масса
порожнего АТС, кг; x0 - абсцисса
порожнего автомобиля, мм; g
- ускорение силы тяжести,м/с2.
(940*2760-2050*x0)*9,8=0,
(2594400-2050*x0)*9,8=0,
x0=(2594400*9,8)/(2050*9,8)=1265,56.
Определим координаты центра масс груженого
автомобиля.
Сначала определим допустимую массу одного
пассажира:
m1п=mп/Zп (1.2.3)
где m1п
- допустимая масса одного пассажира, кг; mп
- общая масса пассажиров, кг; Zп
- число посадочных мест.
m1п=375/5=75
Затем определяем массу людей, размещенных на
каждом i-м ряду сидений:
mпi=m1п*Zпi (1.2.4)
где mпi
- масса людей, размещенных на i-м
ряду сидений, кг; m1п -
допустимая масса одного пассажира, кг; Zпi
- число посадочных мест на i-м
ряду.
Масса пассажиров, размещенных на первом ряду
(число посадочных мест равно двум):
mп1=75*2=150
Масса пассажиров, размещенных на втором ряду
(число посадочных мест равно трем):
mп1=75*3=225
Далее определяем абсциссу груженого автомобиля xа
из уравнения моментов, составленных относительно центра О (рисунок 1.2.1):
(m0*x0+mп1*x1+mп2*x2+mг*хг-ma*xa)*g=0 (1.2.5)
где m0
- масса порожнего АТС, кг; x0
- абсцисса порожнего автомобиля, мм; mп1
- масса пассажиров на первом ряду, кг; x1
- абсцисса центра масс пассажиров, расположенных на первом ряду, мм; mп2
- масса пассажиров на втором ряду, кг; x2
- абсцисса центра масс пассажиров, расположенных на втором ряду, мм; mг
- масса груза, кг; хг - абсцисса груза, мм; ma
- масса груженого АТС, кг; xa
- абсцисса груженого АТС, мм; g
- ускорение силы тяжести,м/с2.
(2050*1265,56+150*1144+225*2076,8+225*3115,2-2650*xa)*9,8=0,
(2594398+171600+467280+700920-2650*xa)*9,8=0,
xa=3934198/2650=1484,6
Определяем ординату hа
груженого автомобиля из уравнения моментов, составленного относительно центра О
(рисунок 1.2.1):
(m0*h0+mп1*h1+mп2*h2+mг*hг-ma*ha)*g=0 (1.2.6)
где m0
- масса порожнего АТС, кг; h0
- ордината порожнего автомобиля, мм; mп1
- масса пассажиров на первом ряду, кг; h1
- ордината центра масс пассажиров, расположенных на первом ряду, мм; mп2
- масса пассажиров на втором ряду, кг; h2
- ордината центра масс пассажиров, расположенных на втором ряду, мм; mг
- масса груза, кг; hг - ордината
груза, мм; ma - масса
груженого АТС, кг; ha
- ордината груженого АТС, мм; g
- ускорение силы тяжести,м/с2.
(2050*517,5+150*809,6+225*844,8+225*968-2650*ha)*9,8=0,
(1060875+121440+190080+217800-2650*xa)*9,8=0,
xa=1590195/2650=600
Далее определим нормальные реакции дороги,
действующие на АТС УАЗ-316300 «Патриот».
на переднюю ось:
Rz1=m01*g (1.2.7)
где Rz1
- нормальные реакции, действующие на переднюю ось порожнего автомобиля, Н; m01
- масса приходящаяся на переднюю ось порожнего автомобиля, кг; g
- ускорение силы тяжести,м/с2.
Rz1=1110*9,8=10878
на заднюю ось:
Rz2=m02*g (1.2.8)
где Rz2
- нормальные реакции, действующие на заднюю ось порожнего автомобиля, Н; m02
- масса приходящаяся на заднюю ось порожнего автомобиля, кг; g
- ускорение силы тяжести,м/с2.
Rz2=940*9,8=9212
Определим нормальные реакции дороги, действующие
на груженый автомобиль.
на переднюю ось:
Rz1=mа1*g (1.2.9)
где Rz1
- нормальные реакции, действующие на переднюю ось груженого автомобиля, Н; mа1
- масса приходящаяся на переднюю ось груженого автомобиля, кг; g
- ускорение силы тяжести,м/с2.
Rz1=1217*9,8=11926,6
на заднюю ось:
Rz2=mа2*g (1.2.10)
где Rz2
- нормальные реакции, действующие на заднюю ось груженого автомобиля, Н; mа2
- масса приходящаяся на заднюю ось груженого автомобиля, кг; g
- ускорение силы тяжести,м/с2.
Rz2=1433*9,8=14043,4
Реакции, действующие на полноприводный груженый
автомобиль равны:
Rz=mа*g (1.2.11)
где где Rz
- нормальные реакции, действующие на груженый автомобиль, Н; mа
- масса груженого автомобиля, кг; g
- ускорение силы тяжести,м/с2.
Rz=2650*9,8=25970
Следующим шагом определим лобовую площадь
автотранспортного средства УАЗ-316300 «Патриот».
Под лобовой понимают площадь (Fa)
наибольшего вертикального поперечного сечения АТС, т.е. контура его фронтальной
проекции, который рассчитывается с помощью графического построения или при
помощи компьютерной программы
Лобовую площадь АТС рассчитываю с помощью
программы Компас V8 3D
F=2,76 м2
Полученные результаты занесу в таблицу 1.2.1
Таблица 1.2.1 - Блок производных исходных данных
Показатель
|
Размерность
|
Значение
|
Координаты
центра масс порожнего АТС
|
|
|
хо
|
мм
|
1265,56
|
ho
|
мм
|
517,5
|
Координаты
центра масс пассажиров
|
|
|
х1
|
мм
|
1144
|
h1
|
мм
|
809,6
|
х2
|
мм
|
2076,8
|
h2
|
мм
|
844,8
|
Координаты
центра масс груза
|
|
|
хг
|
мм
|
3115,2
|
hг
|
мм
|
968
|
Координаты
центра масс груженого АТС УАЗ-316300 «Патриот»
|
|
|
ха
|
мм
|
1484,6
|
hа
|
мм
|
600
|
Нормальные
реакции дороги, действующие на:
|
|
|
колеса
передней оси порожнего АТС
|
Н
|
10878
|
колеса
задней оси порожнего АТС
|
Н
|
9212
|
колеса
передней оси груженого АТС
|
Н
|
11926,6
|
колеса
задней оси груженого АТС
|
Н
|
14043,4
|
полноприводный
груженый автомобиль
|
Н
|
25970
|
Лобовая
площадь АТС, Fа
|
м2
|
2,75787
|
|
|
|
|
|
2. Тягово-скоростные свойства АТС
УАЗ-316300 «Патриот»
.1 Дополнительный массив
исходных данных
Для расчета тягово-скоростных характеристик АТС
необходимо сформировать массив данных, дополняющий исходный применительно к
данному разделу.
Таблица 2.1 - Дополнительный массив исходных
данных
ηтр
|
-
КПД трансмиссии
|
0,89
|
0,89
|
0,89
|
0,94
|
0,89
|
Сх
|
-
коэффициент аэродинамического сопротивления
|
0,62
|
ѓо
|
-
коэффициент сопротивления качению:
|
|
заданный
|
0,035
|
минимальный
|
0,015
|
φ
|
-
коэффициент сцепления:
|
|
минимальный
|
0,1
|
заданный
|
0,5
|
максимальный
|
0,9
|
i
|
-
продольный уклон дороги
|
0,08
|
ρ
|
-
плотность воздуха (при температуре воздуха tв=20°)
|
1,205
|
Коэффициент
учета вращающихся масс
|
№
передачи
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
|
δ
|
1,27
|
1,105
|
1,06
|
1,048
|
1,044
|
|
2.2 Расчет и анализ тяговой и
динамической характеристик, графика ускорений
Скорость подвижного состава:
Va=(2*π*rk*ne)/(uтр*60) (2.2.1)
где Va
- скорость подвижного состава, м/с; π=3,14;
rk - статический
радиус колеса, м; ne
- частота вращения коленчатого вала ДВС, об/мин; uтр
- передаточное число трансмиссии.
Va=(2*3,14*0,345*1000)/(19,2*60)=1,8807
Для построения графиков необходимо перевести
скорость к размерности км/ч, для этого умножим скорость, полученную в формуле
2.2.1 на 3,6:
Va=1,8807*3,6=6,7706
Сила тяги ведущих колес:
Рт=Ме*uтр*ηтр/rk (2.2.2)
где Рт - сила тяги ведущих колес, Н; Ме -
эффективный крутящий момент, Н*м; uтр
- передаточное число трансмиссии; ηтр
- КПД трансмиссии; rk
- статический радиус колеса, м.
Рт=171*19,2*0,89/0,345=8469,7
Сила сопротивления воздуха:
РВ=Сх*ρ*Fа*Vа2/2 (2.2.3)
где РВ - сила сопротивления воздуха, Н; Сх -
коэффициент аэродинамического сопротивления; ρ - плотность
воздуха (при температуре воздуха tв=20°),
кг/м3; Fа - лобовая площадь
АТС, м2; Vа - скорость АТС, м/с.
РВ=0,62*1,205*2,75787*1,88072/2=3,644
Коэффициент сопротивления качению:
ѓ=ѓо*(1+(Vа2/1500)) (2.2.4)
где ѓ - коэффициент сопротивления качению; ѓо
- коэффициент сопротивления качению в заданных условиях; Vа
- скорость АТС, м/с.
ѓ=0,035*(1+(1,88072/1500))=0,0351
Коэффициент сопротивления дороги на подъемах с
заданным i=0,08:
ψ=ƒ+i (2.2.5)
где ψ - коэффициент
сопротивления дороги на подъемах с заданным i=0,08;
ѓ - коэффициент сопротивления качению; i
- продольный уклон дороги.
ψ=0,0351+0,08=0,1151
Сила сопротивления движению АТС на
горизонтальном участке дороги:
Рс=РВ+ma*g*ѓ (2.2.6)
где Рс - сила сопротивления движению АТС на
горизонтальном участке дороги, Н; РВ - сила сопротивления воздуха, Н; ma
- масса груженого АТС, кг; g
- ускорение силы тяжести,м/с2; ѓ - коэффициент сопротивления качению.
Рс=3,644+2650*9,8*0,0351=914,74
Сила сопротивления движению АТС на подъеме с
заданным уклоном i=0,08:
Рсп=РВ+ma*g*ψ (2.2.7)
где Рсп - сила сопротивления движению АТС на
подъеме с заданным уклоном i=0,08,
Н; РВ - сила сопротивления воздуха, Н; ma
- масса груженого АТС, кг; g
- ускорение силы тяжести,м/с2; ψ - коэффициент
сопротивления дороги на подъемах с заданным i=0,08.
Рсп=3,644+2650*9,8*0,1151=2992,3
Динамический фактор:
D=(Рт-РВ)/ma*g (2.2.8)
где D
- динамический фактор; Рт - сила тяги ведущих колес, Н; РВ - сила сопротивления
воздуха, Н; ma - масса
груженого АТС, кг; g - ускорение
силы тяжести,м/с2.
D=(8469,7-3,644)/2650*9,8=0,1757
Ускорение:
j=(D-ѓ)*g/δ (2.2.9)
где j
- ускорение, м/с2; D -
динамический фактор; ѓ - коэффициент сопротивления качению; g
- ускорение силы тяжести,м/с2; δ
- коэффициент учета вращающихся масс.
j=(0,1757-0,0351)*9,8/1,27=1,2461
Динамический фактор по сцеплению (φ=0,1):
Dφ=φ-(РВ/ma*g) (2.2.10)
где Dφ
- динамический фактор по сцеплению; φ
- коэффициент сцепления; РВ - сила сопротивления воздуха, Н; ma
- масса груженого АТС, кг; g
- ускорение силы тяжести,м/с2.
Dφ=0,1-(3,644/2650*9,8)=0,0999
Динамический фактор по сцеплению (φ=0,9):
Dφ=φ-(РВ/ma*g) (2.2.11)
где Dφ
- динамический фактор по сцеплению; φ
- коэффициент сцепления; РВ - сила сопротивления воздуха, Н; ma
- масса груженого АТС, кг; g
- ускорение силы тяжести,м/с2.
Dφ=0,9-(3,644/2650*9,8)=0,89986
Далее в таблице 2.2.1 представлены результаты
расчета каждого параметра в заданных дорожных условиях (ѓо=0,035; φ=0,5;
i=0,08).
Таблица 2.2.1 - Результаты расчета тяговой и
динамической характеристик, графика ускорений автомобиля УАЗ-316300 «Патриот»
Параметр
|
Размерность
|
Результаты
расчета
|
nе
|
об/мин
|
1000
|
1500
|
2000
|
2500
|
3000
|
3500
|
4000
|
4500
|
Mе
|
Н*м
|
171
|
200
|
212
|
220
|
220
|
227
|
230
|
225
|
Передача
№ 1; uкп=4,155; δ=1,27;
|
|
Vа
|
м/с
|
1,8807
|
2,8211
|
3,7615
|
4,7018
|
5,6422
|
6,5826
|
7,5229
|
8,4633
|
|
км/ч
|
6,7706
|
10,156
|
13,541
|
16,927
|
20,312
|
23,697
|
27,083
|
30,468
|
Pт
|
Н
|
8469,7
|
9906,1
|
10500
|
10897
|
10897
|
11243
|
11392
|
11144
|
Pв
|
Н
|
3,644
|
8,1989
|
14,576
|
22,775
|
32,796
|
44,639
|
58,304
|
73,79
|
ѓ
|
|
0,0351
|
0,0352
|
0,0353
|
0,0355
|
0,0357
|
0,036
|
0,0363
|
0,0367
|
ψ
|
|
0,1151
|
0,1152
|
0,1153
|
0,1155
|
0,1157
|
0,116
|
0,1163
|
0,1167
|
Pс
|
Н
|
914,74
|
921,97
|
932,1
|
945,12
|
961,04
|
979,85
|
1001,5
|
1026,1
|
Pсп
|
Н
|
2992,3
|
2999,6
|
3009,7
|
3022,7
|
3038,6
|
3057,4
|
3079,1
|
3103,7
|
D
|
|
0,326
|
0,3811
|
0,4038
|
0,4187
|
0,4183
|
0,4312
|
0,4364
|
0,4263
|
J
|
м/с2
|
2,2425
|
2,6667
|
2,8402
|
2,9539
|
2,9492
|
3,0465
|
3,0842
|
3,0034
|
Dφ
φ=0,5
|
|
0,4999
|
0,4997
|
0,4994
|
0,4991
|
0,4987
|
0,4983
|
0,4978
|
0,4972
|
Dφ
φ=0,1
|
|
0,0999
|
0,0997
|
0,0994
|
0,0991
|
0,0987
|
0,0983
|
0,0978
|
0,0972
|
Dφ
φ=0,9
|
|
0,8996
|
0,8997
|
0,8994
|
0,8991
|
0,8987
|
0,8983
|
0,8978
|
0,8972
|
Передача
№ 2; uкп=2,265; δ=1,105;
|
|
Vа
|
м/с
|
3,4822
|
5,2232
|
6,9643
|
8,7054
|
10,446
|
12,188
|
13,929
|
15,67
|
|
км/ч
|
12,536
|
18,804
|
25,072
|
31,339
|
37,607
|
43,875
|
50,143
|
Pт
|
Н
|
4574,5
|
5350,3
|
5671,3
|
5885,4
|
5885,4
|
6072,6
|
6152,9
|
6019,1
|
Pв
|
Н
|
12,492
|
28,106
|
49,967
|
78,073
|
112,42
|
153,02
|
199,87
|
252,96
|
ѓ
|
|
0,0353
|
0,0356
|
0,0361
|
0,0368
|
0,0375
|
0,0385
|
0,0395
|
0,0407
|
ψ
|
|
0,1153
|
0,1156
|
0,1161
|
0,1168
|
0,1175
|
0,1185
|
0,1195
|
0,1207
|
Pс
|
Н
|
928,79
|
953,59
|
988,31
|
1032,9
|
1087,5
|
1152
|
1226,4
|
1310,7
|
Pсп
|
Н
|
3006,4
|
3031,2
|
3065,9
|
3110,5
|
3165,1
|
3229,6
|
3304
|
3388,3
|
D
|
|
0,1757
|
0,2049
|
0,2165
|
0,2236
|
0,2223
|
0,2279
|
0,2292
|
0,222
|
J
|
м/с2
|
1,2461
|
1,5028
|
1,6007
|
1,6586
|
1,64
|
1,6819
|
1,6839
|
1,6094
|
Dφ
φ=0,5
|
|
0,4995
|
0,4989
|
0,4981
|
0,497
|
0,4957
|
0,4941
|
0,4923
|
0,4903
|
Dφ
φ=0,1
|
|
0,0995
|
0,0989
|
0,0981
|
0,097
|
0,0957
|
0,0941
|
0,0923
|
0,0903
|
Dφ
φ=0,9
|
|
0,8995
|
0,8989
|
0,8981
|
0,897
|
0,8957
|
0,8941
|
0,8923
|
0,8903
|
Передача
№ 3; uкп=1,428; δ=1,06;
|
|
Vа
|
м/с
|
5,5214
|
8,2821
|
11,043
|
13,804
|
16,564
|
19,325
|
22,086
|
24,846
|
|
км/ч
|
19,877
|
29,816
|
39,754
|
49,693
|
59,631
|
69,57
|
79,508
|
89,447
|
Pт
|
Н
|
2885
|
3374,3
|
3576,7
|
3711,7
|
3711,7
|
3829,8
|
3880,4
|
3796
|
Pв
|
Н
|
31,407
|
70,665
|
125,63
|
196,29
|
282,66
|
384,73
|
502,51
|
635,99
|
ѓ
|
|
0,0357
|
0,0366
|
0,0378
|
0,0394
|
0,0414
|
0,0437
|
0,0464
|
0,0494
|
ψ
|
|
0,1157
|
0,1166
|
0,1178
|
0,1194
|
0,1214
|
0,1237
|
0,1264
|
0,1294
|
Pс
|
Н
|
958,83
|
1021,2
|
1108,5
|
1220,7
|
1357,9
|
1520
|
1707
|
1919
|
Pсп
|
Н
|
3036,4
|
3098,8
|
3186,1
|
3298,3
|
3435,5
|
3597,6
|
3784,6
|
3996,6
|
D
|
|
0,1099
|
0,1272
|
0,1329
|
0,1354
|
0,132
|
0,1327
|
0,1301
|
0,1217
|
J
|
м/с2
|
0,6844
|
0,8361
|
0,877
|
0,8851
|
0,8364
|
0,8207
|
0,7723
|
0,667
|
Dφ
φ=0,5
|
|
0,4988
|
0,4973
|
0,4952
|
0,4924
|
0,4891
|
0,4852
|
0,4807
|
0,4755
|
Dφ
φ=0,1
|
|
0,0988
|
0,0973
|
0,0952
|
0,0924
|
0,0891
|
0,0852
|
0,0807
|
0,0755
|
Dφ
φ=0,9
|
|
0,8988
|
0,8973
|
0,8952
|
0,8924
|
0,8891
|
0,8852
|
0,8807
|
0,8755
|
Передача
№ 4; uкп=1; δ=1,048;
|
|
Vа
|
м/с
|
7,8671
|
11,801
|
15,734
|
19,668
|
23,601
|
27,535
|
31,468
|
35,402
|
Vа
|
км/ч
|
28,322
|
42,482
|
56,643
|
70,804
|
84,965
|
99,125
|
113,29
|
127,45
|
Pт
|
Н
|
2138,5
|
2501,2
|
2651,3
|
2751,3
|
2751,3
|
2838,9
|
2876,4
|
2813,9
|
Pв
|
Н
|
63,761
|
143,46
|
255,04
|
398,5
|
573,85
|
781,07
|
1020,2
|
1291,2
|
ѓ
|
|
0,0364
|
0,0382
|
0,0408
|
0,044
|
0,048
|
0,0527
|
0,0581
|
0,0642
|
ψ
|
|
0,1164
|
0,1182
|
0,1208
|
0,124
|
0,128
|
0,1327
|
0,1381
|
0,1442
|
Pс
|
Н
|
1010,2
|
1136,8
|
1314
|
1541,9
|
1820,3
|
2149,4
|
2529,2
|
2959,6
|
Pсп
|
Н
|
3087,8
|
3214,4
|
3391,6
|
3619,5
|
3897,9
|
4227
|
4606,8
|
5037,2
|
D
|
|
0,0799
|
0,0908
|
0,0923
|
0,0906
|
0,0838
|
0,0792
|
0,0715
|
0,0586
|
J
|
м/с2
|
0,4063
|
0,4913
|
0,4815
|
0,4355
|
0,3352
|
0,2483
|
0,125
|
-0,0525
|
Dφ
φ=0,5
|
|
0,4975
|
0,4945
|
0,4902
|
0,4847
|
0,4779
|
0,4699
|
0,4607
|
0,4503
|
Dφ
φ=0,1
|
|
0,0975
|
0,0902
|
0,0847
|
0,0779
|
0,0699
|
0,0607
|
0,0503
|
Dφ
φ=0,9
|
|
0,8975
|
0,8945
|
0,8902
|
0,8847
|
0,8779
|
0,8699
|
0,8607
|
0,8503
|
Передача
№ 5; uкп=0,88; δ=1,044;
|
|
Vа
|
м/с
|
8,9603
|
13,44
|
17,921
|
22,401
|
26,881
|
31,361
|
35,841
|
40,321
|
|
км/ч
|
32,257
|
48,386
|
64,514
|
80,643
|
96,771
|
112,9
|
129,03
|
145,16
|
Pт
|
Н
|
1777,8
|
2079,2
|
2204
|
2287,2
|
2287,2
|
2359,9
|
2391,1
|
2339,2
|
Pв
|
Н
|
82,712
|
186,1
|
330,85
|
516,95
|
744,41
|
1013,2
|
1323,4
|
1674,9
|
ѓ
|
|
0,0369
|
0,0392
|
0,0425
|
0,0467
|
0,0519
|
0,0579
|
0,065
|
0,0729
|
ψ
|
|
0,1169
|
0,1192
|
0,1225
|
0,1267
|
0,1319
|
0,1379
|
0,145
|
0,1529
|
Pс
|
Н
|
1040,3
|
1204,5
|
1434,4
|
1730
|
2091,2
|
2518,1
|
3010,8
|
3569,1
|
Pсп
|
Н
|
3117,9
|
3282,1
|
3512
|
3807,6
|
4168,8
|
4595,7
|
5088,4
|
5646,7
|
D
|
|
0,0653
|
0,0729
|
0,0721
|
0,0682
|
0,0594
|
0,0519
|
0,0411
|
0,0256
|
J
|
м/с2
|
0,2666
|
0,3162
|
0,2782
|
0,2014
|
0,0708
|
-0,0572
|
-0,224
|
-0,4446
|
Dφ
φ=0,5
|
|
0,4968
|
0,4928
|
0,4873
|
0,4801
|
0,4713
|
0,461
|
0,449
|
0,4355
|
Dφ
φ=0,1
|
|
0,0968
|
0,0928
|
0,0873
|
0,0801
|
0,0713
|
0,061
|
0,049
|
0,0355
|
Dφ
φ=0,9
|
|
0,8968
|
0,8928
|
0,8873
|
0,8801
|
0,8713
|
0,861
|
0,849
|
0,8355
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Далее представим графические зависимости тяговой
характеристики, динамического фактора и график ускорений по выше полученным
данным в таблице 2.2.1.
Рисунок 2.2.1 - График тяговой характеристики
автомобиля УАЗ-316300 «Патриот»: кривые 1…5 - сила тяги соответственно на 1…5
передачах; кривые 6,7 - сила сопротивления движению соответственно на
горизонтальном участке и заданном подъеме
Рисунок 2.2.2 - График динамической
характеристики автомобиля УАЗ-316300 «Патриот»: кривые 1…5 - динамический
фактор по крутящему моменту соответственно на 1…5 передачах; кривые 6…8 -
динамический фактор по сцеплению соответственно для максимального φ=0,9,
заданного
φ=0,5
и
минимального φ=0,1; кривые 9,10 -
коэффициенты сопротивления соответственно качению ѓ и дороги ψ
Рисунок 2.2.3 - График ускорений автомобиля
УАЗ-316300 «Патриот»: кривые 1…5 - ускорение при разгоне на горизонтальном
участке дороги соответственно на 1…5 передачах
Результаты анализа тяговой, динамической
характеристик и графика ускорений автомобиля УАЗ-316300 «Патриот»
Из тяговой характеристики (рисунок 2.2.1)
следует, что в заданных дорожных условиях автомобиль УАЗ-316300 «Патриот» может
эксплуатироваться на передачах коробки передач с первой по четвертую, при этом
максимальная скорость на горизонтальном участке дороги равна 123,8 км/ч;
Максимальная свободная сила тяги на горизонте и
подъеме при i=0,08
соответственно равна 10390,5 Н и 8312,9 Н;
В заданных дорожных условиях автомобиль
УАЗ-316300 «Патриот» может буксировать на первой передаче прицеп массой 30293
кг:
Определим массу прицепа из условия равновесия:
Rz*ѓ=Рт-Рс (2.2.12)
m*g*ѓ=Рт-Рс
m*9,8*0,035=11392-1001,5
m*0,343=10390,5
m=10390,5/0,343=30293
Из динамической характеристики (рисунок 2.2.2)
следует, что заданный подъем автомобиль УАЗ-316300 «Патриот» может преодолеть
на первой, второй и третьей передачах. При этом максимальное значение угла
подъема составляет 24,2 град. при φ=0,9. Движение
по гололеду (φ=0,1) характеризуется
существенным снижением тягово-скоростных свойств автомобиля УАЗ-316300
«Патриот» и угол преодолеваемого подъема снижается до 4,1 град.
Из графика ускорений (рисунок 2.2.3) автомобиля
УАЗ-316300 «Патриот» следует, что кривые 1,2,3 не пересекаются между собой,
поэтому для обеспечения плавного разгона необходимо переключаться на каждую
последующую передачу после разгона на предыдущей до максимальной скорости.
Ниже в таблице 2.2.2 представлены более подробно
результаты анализа динамической характеристики автомобиля УАЗ-316300 «Патриот».
Таблица 2.2.2 - Результаты анализа динамической
характеристики и графика ускорений автомобиля УАЗ-316300 «Патриот»
Показатель
|
Номер
передачи
|
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
Максимальная
возможная скорость: Va max при i=0,
ѓзад=0,035, (км/ч)
|
30,5
|
56,4
|
89,4
|
123,8
|
-
|
Максимальная
возможная скорость: Va max при iзад=0,08,
ѓзад=0,035, (км/ч)
|
30,5
|
56,4
|
82,8
|
-
|
-
|
Скорость
при максимальном D: VD
max (км/ч)
|
27
|
50,1
|
49,7
|
56,6
|
48,4
|
Максимальный
преодолеваемый уклон imax при ѓзад=0,035 и φзад=0,5
(доли)
|
0,4
|
0,19
|
0,096
|
0,05
|
0,03
|
(град)
|
22,9
|
10,9
|
5,5
|
2,9
|
1,7
|
Максимальный
преодолеваемый уклон imax при ѓзад=0,035 и φзад=0,1
(доли)
|
0,065
|
0,064
|
0,063
|
0,05
|
0,03
|
(град)
|
3,7
|
3,7
|
3,6
|
2,9
|
1,7
|
Максимальный
преодолеваемый уклон imax при ѓзад=0,035 и φзад=0,9
(доли)
|
0,4
|
0,19
|
0,096
|
0,05
|
0,03
|
(град)
|
22,9
|
10,9
|
5,5
|
2,9
|
1,7
|
Пределы
изменения ускорения (Jнач - Jкон)
(м/с2)
|
2,242
- 3,003
|
1,246
- 1,609
|
0,684
- 0,667
|
0,406
- 0,125
|
0,27
- 0,07
|
Скорость
момента переключения передач, Vп, (км/ч)
|
30,5
|
56,4
|
89,4
|
123,8
|
-
|
2.3 Расчет и анализ скоростных
характеристик автомобиля УАЗ-316300 «Патриот»
В данном подразделе произведем расчет скоростных
характеристик «Разгон АТС» и «Выбег АТС»
Для начала произведем расчет скоростной
характеристики «Выбег АТС», для этого ниже приведем пример расчета всех
показателей на первой передачи, на первом уровне скорости.
Расчет производится в следующем порядке:
Определим среднюю скорость в интервале ∆Va=(Vai+Va(i+1)),
которая равна:
Vсрi=0,5*(
Vai+Va(i+1)) (2.3.1)
где Vсрi
- средняя скорость в интервале ∆Va=(Vai+Va(i+1)),
м/с; Vai - начальная
скорость интервала, м/с; Va(i+1)
- конечная скорость интервала, м/с.
Vср1=0,5*(1,8807+2,8211)=2,3509
Определим значение среднего ускорения в
интервале ∆Va:
Jсрi=0,5*(
Ji+J(i+1)) (2.3.2)
где Jсрi
- значение среднего ускорения в интервале ∆Va,
м/с2; Ji - начальное
значение ускорения в интервале, м/с2; J(i+1)
- конечное значение ускорения в интервале, м/с2.
Jср1=
0,5*(2,2425+2,6667)=2,4546
Определим время разгона автомобиля УАЗ-316300
«Патриот» в интервале ∆Va:
∆tpi=∆Va
/ Jсрi (2.3.3)
где ∆tpi
- время разгона автомобиля УАЗ-316300 «Патриот» в интервале ∆Va,
с; ∆Va - средняя
скорость в интервале, м/с; Jсрi
- значение среднего ускорения в интервале ∆Va,
м/с2.
∆tp1=0,94/2,4546=0,383
Для удобства использования значений времени
разгона при построении графиков целесообразно интервальный вид записи этого
параметра представить в числовой ряд с последующим нарастающим итогом:
tp1=∆tpi (2.3.4)
tp1=0,383
Путь разгона автомобиля УАЗ-316300 «Патриот»
рассчитаем при допущении неизменной скорости в каждом интервале ∆Va:
∆Spi=Vсрi*∆tpi (2.3.5)
где ∆Spi
- путь разгона автомобиля УАЗ-316300 «Патриот», м; Vсрi
- средняя скорость в интервале, м/с; ∆tpi
- время разгона автомобиля УАЗ-316300 «Патриот» в интервале ∆Va,
с.
∆Sp1=2,3509*0,383=0,9003
Полученные значения ∆Spi
преобразовываем в числовой ряд:
Spi=Σ ∆Spi (2.3.6)
Spi=0,9003
Далее представим результаты расчета скоростной
характеристики автомобиля УАЗ-316300 «Патриот» в таблице 2.3.1.
Таблица 2.3.1 - Результаты расчета скоростной
характеристики «Разгон АТС»
Параметры
|
Результаты
расчета
|
Передача
№ 1: tП=0 с; ∆VП=0 м/с; SП=0 м.
|
Vа
ср, м/с
|
2,3509
|
3,2913
|
4,2317
|
5,172
|
6,1124
|
7,0528
|
7,9931
|
Vа
ср, км/ч
|
8,463
|
11,85
|
15,23
|
18,6
|
22
|
25,4
|
28,8
|
Jср,
м/с2
|
2,4546
|
2,7535
|
2,8971
|
2,9516
|
2,9979
|
3,0654
|
3,0438
|
∆tр,
с
|
0,383
|
0,3414
|
0,3245
|
0,3185
|
0,3136
|
0,3067
|
0,3088
|
tр,
с
|
0,383
|
0,7243
|
1,0488
|
1,3673
|
1,6808
|
1,9875
|
2,2963
|
∆Sр,
м
|
0,9003
|
1,1236
|
1,373
|
1,6472
|
1,9166
|
2,1627
|
2,4685
|
Sр,
м
|
0,9003
|
2,0239
|
3,3969
|
5,0441
|
6,9607
|
9,1234
|
11,592
|
Передача
№ 2: tП=1 с; ∆VП=0,33 м/с; SП=7,5 м.
|
Vа
ср, м/с
|
4,3527
|
6,0938
|
7,8349
|
9,5757
|
11,317
|
13,059
|
14,8
|
Vа
ср, км/ч
|
15,67
|
21,94
|
28,2
|
34,474
|
40,7
|
47
|
53,28
|
Jср,
м/с2
|
1,3746
|
1,5521
|
1,6298
|
1,6493
|
1,6609
|
1,6826
|
1,6467
|
1,2666
|
1,1218
|
1,0683
|
1,0554
|
1,0488
|
1,0347
|
1,0573
|
tр,
с
|
1,2666
|
2,3884
|
3,4567
|
4,5121
|
5,5609
|
6,5956
|
7,6529
|
∆Sр,
м
|
5,5131
|
6,836
|
8,37
|
10,106
|
11,869
|
13,512
|
15,648
|
Sр,
м
|
5,5131
|
12,349
|
20,719
|
30,825
|
42,694
|
56,206
|
71,854
|
Передача
№ 3: tП=1 с; ∆VП=0,33 м/с; SП=13,95 м.
|
Vа
ср, м/с
|
6,9017
|
9,6626
|
12,424
|
15,184
|
17,945
|
20,706
|
23,466
|
Vа
ср, км/ч
|
24,846
|
34,79
|
44,7
|
54,7
|
64,6
|
74,5
|
84,5
|
Jср,
м/с2
|
0,7604
|
0,8568
|
0,8818
|
0,861
|
0,8287
|
0,7969
|
0,7198
|
∆tр,
с
|
3,6306
|
3,2223
|
3,1311
|
3,2056
|
3,3317
|
3,4647
|
3,8344
|
tр,
с
|
3,6306
|
6,8529
|
9,984
|
13,18
|
16,511
|
19,986
|
23,82
|
∆Sр,
м
|
25,057
|
31,136
|
38,901
|
48,674
|
59,787
|
71,74
|
89,978
|
Sр,
м
|
25,057
|
56,193
|
95,094
|
143,77
|
203,56
|
275,3
|
365,27
|
Передача
№ 4: tП=1 с; ∆VП=0,33 м/с; SП=22,1 м.
|
Vа
ср, м/с
|
9,8341
|
13,768
|
17,701
|
21,635
|
25,568
|
29,502
|
|
Vа
ср, км/ч
|
35,4
|
49,56
|
63,72
|
77,9
|
92
|
106,2
|
|
Jср,
м/с2
|
0,4494
|
0,4868
|
0,4587
|
0,3853
|
0,2913
|
0,1866
|
|
∆tр,
с
|
8,7537
|
8,0793
|
8,5764
|
10,208
|
13,505
|
21,077
|
|
tр,
с
|
8,7537
|
16,833
|
25,409
|
35,617
|
49,122
|
70,199
|
|
∆Sр,
м
|
86,085
|
111,24
|
151,81
|
220,85
|
345,3
|
621,81
|
|
Sр,
м
|
86,085
|
197,33
|
349,14
|
569,99
|
915,29
|
1537,1
|
|
Далее представим промежуточные графики
скоростной характеристики «Разгон АТС».
Рисунок 2.3.2 - Промежуточный график скоростной
характеристики АТС УАЗ-316300 «Патриот»; кривые 1…4 - зависимость скорости от
пути разгона на горизонтальном участке дороги соответственно на 1…4 передачах
Таблица 2.3.2 - Характеристика процесса
переключения передач
Параметр
|
Значение
|
Номер
переключаемой передачи
|
1
|
2
|
3
|
4
|
Время
переключения tп, с
|
1
|
1
|
1
|
1
|
Снижение
скорости ∆Vп, м/с
|
0,33
|
0,33
|
0,33
|
0,33
|
Путь
за время tп, Sп, м
|
0
|
7,5
|
13,95
|
22,1
|
Далее произведем расчет скоростной
характеристики «Выбег АТС с начальной скорости 50 км/ч (13,9 м/с) до полной
остановки автотранспортного средства. При этом шаг варьирования скорости равен:
∆Va=Vа.н/8 (2.3.7)
где ∆Va
- шаг варьирования скорости, м/с; Vа.н
- начальная скорость, м/с.
∆Va=13,9/8=1,74
Для начала представим алгоритм расчета каждого
показателя первого столбца из таблицы 2.3.3.
Рассчитаем коэффициент учета вращающихся масс:
δ=1+((zк*Jкi)/ma*rk2)
(2.3.8)
где δ - коэффициент
учета вращающихся масс; zк
- число вращающихся колес АТС; Jk
- момент инерции колеса, кг*м2; mа
- масса груженого АТС, кг; rk
- радиус колеса, м.
δ=1+((4*1,955)/2650*0,3452)=1,02
Рассчитаем следующий показатель - текущий
уровень скорости. Для первого уровня скорость будет равна начальной, то есть
равна 13,9 м/с.
Рассчитаем силу сопротивления воздуха для
данного уровня скорости:
РВ=Сх*ρ*Fа*Vа2/2 (2.3.9)
где РВ - сила сопротивления воздуха, Н; Сх -
коэффициент аэродинамического сопротивления; ρ - плотность
воздуха (при температуре воздуха tв=20°),
кг/м3; Fа - лобовая площадь
АТС, м2;
Vа - скорость АТС,
м/с.
РВ=0,62*1,205*2,75787*13,92/2=199,1
Далее рассчитаем замедление АТС УАЗ-316300 «Патриот»
для данного уровня скорости, с учетом отсоединенного от ведущих колес
двигателя:
JB=(ma*g*ƒ+PB)/(ma*δ) (2.3.10)
где JB
- замедление АТС УАЗ-316300 «Патриот» для данного уровня скорости, м/с2; ma
- масса груженого АТС, кг; g
- ускорение силы тяжести,м/с2; РВ - сила сопротивления воздуха, Н; ѓ -
коэффициент сопротивления качению;
δ -
коэффициент учета вращающихся масс.
JB=(2650*9,8*0,035+199,1)/(2650*1,02)=0,41
Время и путь выбега рассчитаем аналогично
времени и пути разгона, в частности:
Сначала определим среднюю скорость в интервале ∆Va=(Vai+Va(i+1)),
которая равна:
Vсрi=0,5*(
Vai+Va(i+1)) (2.3.11)
где Vсрi
- средняя скорость в интервале ∆Va=(Vai+Va(i+1)),
м/с; Vai - начальная
скорость интервала, м/с; Va(i+1)
- конечная скорость интервала, м/с.
VсрВ=0,5*(13,9+12,16)=13,03
Определим значение среднего замедления в
интервале ∆Va:
JсрВ=0,5*( Ji+J(i+1)) (2.3.12)
где Jсрi
- значение среднего замедления в интервале ∆Va,
м/с2; Ji - начальное
значение замедления в интервале, м/с2; J(i+1)
- конечное значение замедления в интервале, м/с2.
Jср1=
0,5*(0,41+0,39)=0,4
Определим время замедления автомобиля УАЗ-316300
«Патриот» в интервале ∆Va:
∆tpi=∆Va
/ Jсрi (2.3.13)
где ∆tpi
- время замедления автомобиля УАЗ-316300 «Патриот» в интервале ∆Va,
с; ∆Va - средняя
скорость в интервале, м/с; Jсрi
- значение среднего замедления в интервале ∆Va,
м/с2.
∆tp1=1,74/0,4=4,35
Для удобства использования значений времени
замедления при построении графиков целесообразно интервальный вид записи этого
параметра представить в числовой ряд с последующим нарастающим итогом:
tp1=∆tpi (2.3.14)
tp1=4,35
Путь замедления автомобиля УАЗ-316300 «Патриот»
рассчитаем при допущении неизменной скорости в каждом интервале ∆Va:
∆Spi=Vсрi*∆tpi (2.3.15)
где ∆Spi
- путь замедления автомобиля УАЗ-316300 «Патриот», м; Vсрi
- средняя скорость в интервале, м/с; ∆tpi
- время замедления автомобиля УАЗ-316300 «Патриот» в интервале ∆Va,
с.
∆Sp1=13,03*4,35=56,68
Полученные значения ∆Spi
преобразовываем в числовой ряд:
Spi=Σ ∆Spi (2.3.16)
Spi=56,68
Представим далее численные значения скоростной
характеристики «Выбег АТС» в таблице 2.3.3 и графической зависимостью на
рисунке 2.3.3.
Таблица 2.3.3 - Результаты расчета скоростной
характеристики «Выбег АТС»
№
|
Параметр
|
Результаты
расчета
|
1
|
Коэффициент
δ
|
1,02
|
2
|
Va,
м/с
|
13,9
|
12,16
|
10,43
|
8,69
|
6,95
|
5,21
|
3,48
|
1,74
|
0
|
3
|
км/ч
|
50
|
43,79
|
37,53
|
31,28
|
25,02
|
18,77
|
12,51
|
6,26
|
0
|
4
|
PВ,
Н
|
199,1
|
152,4
|
111,96
|
77,75
|
49,76
|
27,99
|
12,44
|
3,11
|
0
|
5
|
JВ,
м/с2
|
0,41
|
0,39
|
0,38
|
0,37
|
0,35
|
0,35
|
0,34
|
0,34
|
0,34
|
6
|
Vа
ср, м/с
|
13,03
|
11,3
|
9,56
|
7,82
|
6,08
|
4,35
|
2,61
|
0,87
|
0
|
7
|
Jср.
В, м/с2
|
0,4
|
0,39
|
0,38
|
0,36
|
0,35
|
0,35
|
0,34
|
0,34
|
0,17
|
8
|
∆tВ,
с
|
4,35
|
4,52
|
4,64
|
4,83
|
4,97
|
5,04
|
5,12
|
5,12
|
10,24
|
9
|
tВ,
с
|
4,35
|
8,87
|
13,51
|
18,34
|
23,31
|
28,36
|
33,48
|
38,59
|
48,83
|
10
|
∆SВ,
м
|
56,68
|
51,05
|
44,36
|
37,80
|
30,23
|
21,91
|
13,36
|
4,45
|
0
|
11
|
SВ,
м
|
56,68
|
107,73
|
152,09
|
189,88
|
220,11
|
242,02
|
255,38
|
259,83
|
259,83
|
Результаты анализа скоростных характеристик
автомобиля УАЗ-316300 «Патриот» представляем значениями показателей разгона и
выбега в таблице 2.3.4
Таблица 2.3.4 - Результаты анализа скоростных
характеристик автомобиля УАЗ-316300 «Патриот»
Показатель
|
Значение
|
Время
разгона на участке длиной 400 м, с
|
22,3
|
Время
разгона на участке длиной 1000 м, с
|
46,5
|
Время
разгона до заданной скорости, с
|
38,8
|
Скорость
в конце участка длиной 1600 м, м/с (км/ч)
|
34,2(123,12)
|
Скорость
в конце участка длиной 2000 м, м/с (км/ч)
|
37,5
(135)
|
Условная
максимальная скорость, т.е. средняя скорость прохождения последних 400 м на
участке длиной 2000 м при разгоне с места, м/с (км/ч)
|
129,06
|
Путь
выбега при начальной скорости VН=50 км/ч, SB, м
|
259,83
|
3. Топливная экономичность АТС
УАЗ-316300 «Патриот»
В данном разделе будет оцениваться топливная
экономичность АТС УАЗ-316300 «Патриот» посредством топливной характеристики
установившегося движения.
Для этого необходимо решить следующие задачи:
. Сформировать дополнительный массив
исходных данных;
. Определить номер передачи,
обеспечивающей движение с максимальной скоростью в заданных дорожных условиях:
.1 при ѓ0=0,035 и i=0,08
рассчитать зависимость путевого расхода топлива для выявленного диапазона
скоростей и построить график Qs=f(Va);
.2 при ѓ0=0,035 и i=0
рассчитать зависимость путевого расхода топлива для выявленного диапазона
скоростей и построить график Qs=f(Va);
.4 при ѓ0=0,014 и i=0
и движении на низшей передаче рассчитать зависимость путевого расхода топлива
для выявленного диапазона скоростей и построить график Qs=f(Va)
. Проанализировать результаты и
разработать рекомендации по экономичной эксплуатации АТС.
3.1 Расчет и анализ топливной
характеристики
В данном подразделе будут решаться такие задачи
как формирование дополнительного массива исходных данных и расчет топливной
характеристики.
По условию движения №1 (таблица 3.1), т. е. при
заданном значении коэффициента сопротивления качению ѓ0=0,035 и уклона i=0,08
по рисунку 2.2.2 и таблице 2.2.1 можно констатировать, что АТС УАЗ-316300
«Патриот» в заданных условиях может двигаться с максимальной скоростью на
передаче №4, при этом возможный диапазон скорости равен (5,5214 - 24,846);
По условию движения №2 (таблица 3.1), т. е. при
заданном значении коэффициента сопротивления качению ѓ0=0,035 и при
отсутствиимуклона i=0 по
рисунку 2.2.2 и таблице 2.2.1 можно констатировать, что АТС УАЗ-316300
«Патриот» в заданных условиях может двигаться с максимальной скоростью на
передаче №3, при этом возможный диапазон скорости равен (3,8671 - 35,402);
Для того что бы определить номер передачи и
диапазон скорости по условию движения №3 (таблица 3.1) необходимо
предварительно рассчитать для динамической характеристики кривую ѓ при
ѓ0=0,014.
Приведем пример расчета данных для кривой ѓ, при
этом необходимые для расчета уровни скорости будем брать из таблицы 2.2.1:
ѓ=ѓо*(1+(Vа2/1500)) (3.1)
где ѓ - коэффициент сопротивления качению; ѓо
- коэффициент сопротивления качению в заданных условиях; Vа
- скорость АТС, м/с.
ѓ1=0,014*(1+(8,96032/1500))=0,015
ѓ2=0,014*(1+(13,442/1500))=0,016
ѓ3=0,014*(1+(17,9212/1500))=0,017
ѓ4=0,014*(1+(22,4012/1500))=0,019
ѓ5=0,014*(1+(26,8812/1500))=0,021
ѓ6=0,014*(1+(31,3612/1500))=0,023
ѓ7=0,014*(1+(35,8412/1500))=0,026
ѓ8=0,014*(1+(40,3212/1500))=0,029
Для того чтобы определить передачу и скорость
движения по условию №3 необходим график динамической характеристики.
Далее представим массив исходных данных
необходимый для расчета топливной характеристики.
Таблица 3.1 - Массив исходных данных к расчету
топливной характеристики
Минимальный
удельный расход топлива qe min=265
г/кВт*ч
|
Максимальная
эффективная мощность Ne max=105 кВт
|
Плотность
топлива - бензин АИ-92 ρ=0,727 кг/л
|
Полная
масса АТС УАЗ-316300 «Патриот» ma=2650 кг Расход топлива на
100 км(смешанный цикл) 10,4 л
|
Номер
условия движения
|
Коэффициент
сопротивления качению ѓ0
|
Уклон
i
|
Передача
№
|
Диапазон
скорости (Vmin - Vmax), м/с
|
1
|
0,035
|
0,08
|
3
|
5,5214
- 24,846
|
2
|
0,035
|
0
|
4
|
7,8671
- 35,402
|
3
|
0,014
|
0
|
5
|
8,9603
- 40,321
|
4
|
0,014
|
0
|
1
|
1,8807
- 8,4633
|
Представим численные примеры расчетов параметров
и результаты расчетов путевого расхода топлива для различных условий движения.
Для условия движения номер 1 (таблица 3.1):
Сначала найдем относительную частоту вращения:
nei/ne
max (3.2)
где nei
- уровень частоты вращения коленчатого вала, об/мин; ne
max - максимальная
частота вращения коленчатого вала, об/мин.
/4500=0,33
Найдем максимальный часовой расход топлива:
Q1=0,0012*gmin*Ne max*(1-(1-nei/ne
max)1,6) (3.3)
где Q1
- максимальный часовой расход топлива, кг/ч; gmin
- минимальный удельный расход топлива, г/кВт*ч; Ne
max - максимальная
мощность, кВт; nei/ne
max - относительная
частота вращения.
Q1=0,0012*265*105*(1-(1-0,33)1,6)=15,94
Уровень скорости автомобиля, силу тяги и силу
сопротивления подъему берем из 2 раздела (таблица 2.2.1) на необходимой нам
передаче:
Va=8,2821 м/с;
Va=29,816
км/ч;
Рт=3374,3 Н;
Рсп=3098,8 Н.
Определяем фактический часовой расход топлива:
Qt=Q1*(0,8*(Рс/Рт)1,8+0,25) (3.4)
где Qt
- фактический часовой расход топлива, кг/ч; Q1
- максимальный часовой расход топлива, кг/ч; Рт - сила тяги, Н; Рсп - сила
сопротивления подъему, Н.
Qt=15,94*(0,8*(3098,8/3374,3)1,8+0,25)=14,92
Рассчитаем путевой расход топлива для данного
условия движения (ѓ0=0,035; i=0,08):
Qs1=(27,8*Qt)/(Va*ρ) (3.5)
где Qs1
- путевой расход топлива, л/100км; Qt
- фактический часовой расход топлива, кг/ч; Va
- скорость АТС, м/с; ρ
- плотность топлива (таблица 3.1), кг/л.
Qs1=(27,8*14,92)/(8,2821*0,727)=68,89
Представим далее в таблице 3.2 результаты вычисления
данных по условию движения №1:
Таблица 3.2 - Результаты расчета топливной
характеристики
Условие
движения №1: передача №3; ma=2650 кг; ѓ=0,035; i=0,08.
|
Относительная
частота вала
|
|
0,22
|
0,33
|
0,44
|
0,56
|
0,67
|
0,78
|
0,89
|
1,00
|
Максимальный
часовой расход, кг/ч
|
Q1
|
11,06
|
15,94
|
20,35
|
24,27
|
27,63
|
30,38
|
32,40
|
33,39
|
Скорость
автомобиля, м/с
|
Va
|
5,5214
|
8,2821
|
11,043
|
13,804
|
16,564
|
19,325
|
22,086
|
24,846
|
Скорость
автомобиля, км/ч
|
Va
|
19,877
|
29,816
|
39,754
|
49,693
|
59,631
|
69,57
|
79,508
|
89,447
|
Сила
тяги, Н
|
Рт
|
2885
|
3374,3
|
3576,7
|
3711,7
|
3711,7
|
3829,8
|
3880,4
|
3796
|
Сила
сопротивления подъему, Н
|
Рс
|
3036,4
|
3098,8
|
3186,1
|
3298,3
|
3435,5
|
3597,6
|
3784,6
|
3996,6
|
|
Фактический
часовой расход, кг/ч
|
Qt
|
12,46
|
68,89
|
63,41
|
60,29
|
60,35
|
58
|
56,92
|
37,65
|
|
Путевой
расход, л/100км
|
Qs
|
86,30
|
68,89
|
63,41
|
60,29
|
60,35
|
58
|
56,92
|
57,95
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Для условия движения номер 2 (таблица 3.1):
Сначала найдем относительную частоту вращения:
nei/ne
max (3.6)
где nei
- уровень частоты вращения коленчатого вала, об/мин; ne
max - максимальная
частота вращения коленчатого вала, об/мин.
/4500=0,22
автомобиль патриот чертеж
характеристика
Найдем максимальный часовой расход топлива:
Q1=0,0012*gmin*Ne max*(1-(1-nei/ne
max)1,6) (3.7)
где Q1
- максимальный часовой расход топлива, кг/ч; gmin
- минимальный удельный расход топлива, г/кВт*ч; Ne
max - максимальная
мощность, кВт; nei/ne
max - относительная
частота вращения.
Q1=0,0012*265*105*(1-(1-0,22)1,6)=11,06
Уровень скорости автомобиля, силу тяги и силу
сопротивления качению берем из 2 раздела (таблица 2.2.1) на необходимой нам
передаче:
Va=7,8671 м/с;
Va=28,322
км/ч;
Рт=2138,5 Н;
Рс=1010,2 Н.
Определяем фактический часовой расход топлива:
Qt=Q1*(0,8*(Рс/Рт)1,8+0,25) (3.8)
где Qt
- фактический часовой расход топлива, кг/ч; Q1
- максимальный часовой расход топлива, кг/ч; Рт - сила тяги, Н; Рсп - сила
сопротивления качению, Н.
Qt=11,06*(0,8*(1010,2/2138,5)1,8+0,25)=5,06
Рассчитаем путевой расход топлива для данного
условия движения (ѓ0=0,035; i=0):
Qs1=(27,8*Qt)/(Va*ρ) (3.9)
где Qs1
- путевой расход топлива, л/100км; Qt
- фактический часовой расход топлива, кг/ч; Va
- скорость АТС, м/с; ρ
- плотность топлива (таблица 3.1), кг/л.
Qs1=(27,8*5,06)/(7,8671*0,727)=24,58
Так же представим в таблице 3.2 результаты
вычисления данных по условию движения №2:
Для условия движения номер 3 (таблица 3.1):
Сначала найдем относительную частоту вращения:
nei/ne
max (3.10)
где nei
- уровень частоты вращения коленчатого вала, об/мин; ne
max - максимальная
частота вращения коленчатого вала, об/мин.
/4500=0,22
Найдем максимальный часовой расход топлива:
Q1=0,0012*gmin*Ne max*(1-(1-nei/ne
max)1,6) (3.11)
где Q1
- максимальный часовой расход топлива, кг/ч; gmin
- минимальный удельный расход топлива, г/кВт*ч; Ne
max - максимальная
мощность, кВт; nei/ne
max - относительная
частота вращения.
Q1=0,0012*265*105*(1-(1-0,22)1,6)=11,06
Уровень скорости автомобиля, силу тяги берем из
2 раздела (таблица 2.2.1) на необходимой нам передаче №4:
Va=7,8671 м/с;
Va=28,322
км/ч;
Рт=2138,5 Н.
Силу сопротивления движению на горизонтальном
участке рассчитываем по формуле 2.2.6, так как в данном случае изменился
коэффициент сопротивления качению.
Рс1=63,761+2650*9,8*0,015=442,34
Рс2=143,46+2650*9,8*0,015=540,8
Рс3=255,04+2650*9,8*0,016=678,62
Рс4=398,5+2650*9,8*0,018=855,84
Рс5=573,85+2650*9,8*0,019=1072,44
Рс6=781,07+2650*9,8*0,021=1328,42
Рс7=1020,2+2650*9,8*0,023=1623,8
Определяем фактический часовой расход топлива:
Qt=Q1*(0,8*(Рс/Рт)1,8+0,25) (3.12)
где Qt
- фактический часовой расход топлива, кг/ч; Q1
- максимальный часовой расход топлива, кг/ч; Рт - сила тяги, Н; Рсп - сила
сопротивления качению, Н.
Qt=11,06*(0,8*(442,34/2138,5)1,8+0,25)=3,28
Рассчитаем путевой расход топлива для данного
условия движения (ѓ0=0,014; i=0):
Qs1=(27,8*Qt)/(Va*ρ) (3.13)
где Qs1
- путевой расход топлива, л/100км; Qt
- фактический часовой расход топлива, кг/ч; Va
- скорость АТС, м/с; ρ
- плотность топлива (таблица 3.1), кг/л.
Qs1=(27,8*3,28)/(7,8671*0,727)=15,95
Так же представим в таблице 3.2 результаты
вычисления данных по условию движения №3:
Для условия движения номер 4 (таблица 3.1):
Сначала найдем относительную частоту вращения:
nei/ne
max (3.14)
где nei
- уровень частоты вращения коленчатого вала, об/мин; ne
max - максимальная
частота вращения коленчатого вала, об/мин.
/4500=0,22
Найдем максимальный часовой расход топлива:
Q1=0,0012*gmin*Ne max*(1-(1-nei/ne
max)1,6) (3.15)
где Q1
- максимальный часовой расход топлива, кг/ч; gmin
- минимальный удельный расход топлива, г/кВт*ч; Ne
max - максимальная
мощность, кВт; nei/ne
max - относительная
частота вращения.
Q1=0,0012*265*105*(1-(1-0,22)1,6)=11,06
Уровень скорости автомобиля, силу тяги берем из
2 раздела (таблица 2.2.1) на необходимой нам передаче №1:
Va=1,8807 м/с;
Va=6,7706
км/ч;
Рт=8469,7 Н.
Силу сопротивления движению на горизонтальном
участке рассчитываем по формуле 2.2.6, так как в данном случае изменился
коэффициент сопротивления качению.
Рс1=3,644+2650*9,8*0,01403=368,08
Рс2=8,1989+2650*9,8*0,01407=373,71
Рс3=14,576+2650*9,8*0,01413=381,59
Рс4=22,775+2650*9,8*0,01421=391,71
Рс5=32,796+2650*9,8*0,01430=404,91
Рс6=44,639+2650*9,8*0,01440=418,72
Рс7=58,304+2650*9,8*0,01453=435,60
Рс8=73,79+2650*9,8*0,01467=454,73
Определяем фактический часовой расход топлива:
Qt=Q1*(0,8*(Рс/Рт)1,8+0,25) (3.16)
где Qt
- фактический часовой расход топлива, кг/ч; Q1
- максимальный часовой расход топлива, кг/ч; Рт - сила тяги, Н; Рсп - сила
сопротивления качению, Н.
Qt=11,06*(0,8*(368,08/8469,7)1,8+0,25)=2,80
Рассчитаем путевой расход топлива для данного
условия движения (ѓ0=0,014; i=0):
Qs1=(27,8*Qt)/(Va*ρ) (3.17)
где Qs1
- путевой расход топлива, л/100км; Qt
- фактический часовой расход топлива, кг/ч; Va
- скорость АТС, м/с; ρ
- плотность топлива (таблица 3.1), кг/л.
Qs1=(27,8*2,80)/(1,8807*0,727)=56,83
Так же представим в таблице 3.2 результаты
вычисления данных по условию движения №3:
Таблица 3.2 - Результаты расчета топливной
характеристики
Условие
движения №4: передача №1; ma=2650 кг; ѓ=0,014; i=0.
|
Относительная
частота вала
|
|
0,22
|
0,33
|
0,44
|
0,56
|
0,67
|
0,78
|
0,89
|
1,00
|
Максимальный
часовой расход, кг/ч
|
Q1
|
11,06
|
15,94
|
20,35
|
24,27
|
27,63
|
30,38
|
32,40
|
33,39
|
Скорость
автомобиля, м/с
|
Va
|
1,8807
|
2,8211
|
3,7615
|
4,7018
|
5,6422
|
6,5826
|
7,5229
|
8,4633
|
Скорость
автомобиля, км/ч
|
Va
|
6,7706
|
10,156
|
13,541
|
16,927
|
20,312
|
23,697
|
27,083
|
30,468
|
Сила
тяги, Н
|
Рт
|
8469,7
|
9906,1
|
10500
|
10897
|
10897
|
11243
|
11392
|
11144
|
Сила
сопротивления подъему, Н
|
Рс
|
368,08
|
373,71
|
381,59
|
391,71
|
404,09
|
418,72
|
435,60
|
454,73
|
Фактический
часовой расход, кг/ч
|
Qt
|
2,80
|
4,02
|
5,13
|
6,12
|
6,97
|
7,66
|
8,17
|
8,43
|
Путевой
расход, л/100км
|
Qs
|
56,83
|
54,48
|
52,15
|
49,74
|
47,22
|
44,50
|
41,54
|
38,10
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Далее на рисунке 3.2 представим графическую
зависимость путевого расхода топлива при всех условиях движения из таблицы 3.2
от скорости движения.
Рисунок 3.2 - График топливной характеристики
автомобиля УАЗ-316300 «Патриот»: 1 - движение по подъему на третьей передаче с
заданным ѓ=0,035 и i=0,08; 2 -
движение по горизонтальной дороге на четвертой передаче с заданным ѓ=0,035; 3 -
движение по горизонтальной дороге на пятой передаче с ѓ=0,014; 4 - движение на
первой передаче по горизонтальной дороге с ѓ=0,014.
Представим результаты расчета топливной
характеристики в виде следующих выводов:
. Путевой расход топлива Qs
при движении автомобиля УАЗ-316300 «Патриот» с максимально возможной скоростью
на горизонтальной дороге с заданным ѓ=0,035 равен 34,83 л/100км.
. Диапазон изменения Qs
при движении автомобиля УАЗ-316300 «Патриот» в скоростном диапазоне по условию
движения №1 (таблица 3.1) равен 68,89 - 56,82 л/100км;
. Диапазон изменения Qs
при движении автомобиля УАЗ-316300 «Патриот» в скоростном диапазоне по условию
движения №2 (таблица 3.1) равен 24,58 - 34,83 л/100км;
. Диапазон изменения Qs
при движении автомобиля УАЗ-316300 «Патриот» в скоростном диапазоне по условию
движения №3 (таблица 3.1) равен 15,18 - 28,66 л/100км;
. При переходе на низшую передачу в
дорожных условиях по №4 (таблица 3.1) путевой расход топлива Qs
повышается в 3,7 раза;
. При движении по условию №3 путевой
расход топлива Qs
отличается от справочного значения контрольного расхода топлива [7] на 4,6 %.
4. Тормозные свойства
В данном разделе будут оценены тормозные
свойства автомобиля УАЗ-316300 посредством расчета замедления, скоростной
характеристики «Торможение АТС» и расчета остановочного пути.
4.1 Расчет, построение и анализ
скоростной характеристики «Торможение АТС»
Массив исходных данных формируем используя
данные из таблиц 1.1.1; 1.2.1; 2.1 и рисунка 2.2.2.
Массы, приходящиеся на оси АТС рассчитываем по
следующей формуле:
m=Rz/g
(4.1)
где m
- масса, приходящаяся на ось АТС, кг; Rz
- нормальная реакция на ось, Н; g
- ускорение силы тяжести,м/с2.
Масса, приходящаяся на переднюю ось:
m1=11926,6/9,8=1217
Масса, приходящаяся на заднюю ось:
m2=14043,5/9,8=1433
Рассчитаем коэффициент учета вращающихся масс:
δ=1+(zk*Jk/(ma*rk2))
(4.2)
где δ - коэффициент
учета вращающихся масс; zk
- число вращающихся колес; Jk
- момент инерции колеса, кг*м2; ma
- полная масса АТС, кг; rk
- статический радиус колеса, м.
δ=1+(4*1,955/(2650*0,3452))=1,02
Далее в таблице 4.1 представим массив
дополнительных исходных данных для расчета тормозных свойств.
Таблица 4.1 - Массив исходных данных для расчета
показателей тормозных свойств
Параметр
|
Обозначение
|
Полная
масса АТС, кг
|
ma
|
2650
|
в
том числе на переднюю ось, кг
|
m1
|
1217
|
в
том числе на заднюю ось
|
m2
|
1433
|
Статический
радиус колеса, м
|
rk
|
0,345
|
Момент
инерции колеса, кг*м2
|
Jk
|
1,955
|
Число
вращающихся колес
|
Zk
|
4
|
Коэффициент
учета вращающихся масс
|
δ
|
1,02
|
Лобовая
площадь, м2
|
F
|
2,75787
|
Коэффициент
лобового сопротивления
|
Cx
|
0,62
|
Плотность
воздуха, кг/м3
|
|
1,205
|
Коэффициент
сцепления: заданный максимальный
|
φзад φmax
|
0,5
0,8
|
Продольный
уклон дороги
|
I
|
0,08
|
Уклон
продольного наклона дороги, град
|
α
|
5
|
Максимальная
скорость, м/с
|
Vmax
|
34,4
|
Произведем расчет скоростной характеристики
«Торможение АТС» для условий торможения:
· при торможении на подъеме с заданным
коэффициентом сцепления φзад=0,5;
всех заторможенных колесах; продольным уклоном дороги i=0,08;
начальной скоростью - х км/ч.; коэффициенте учета вращающихся масс δ=1,2;
· при торможении на спуске с заданным
коэффициентом сцепления φзад=0,5;
всех заторможенных колесах; продольным уклоном дороги i=0,08;
начальной скоростью - х км/ч.; коэффициенте учета вращающихся масс δ=1,2;
· при торможении на горизонтальном
участке дороги с заданным коэффициентом сцепления φзад=0,5;
всех заторможенных колесах; продольным уклоном дороги i=0;
начальной скоростью - х км/ч.; коэффициенте учета вращающихся масс δ=1,2.
Представим алгоритм и численные примеры расчетов
скоростной характеристики «Торможение АТС» при коэффициенте сцепления φзад=0,5.
Определим начальную скорость торможения Vн
как разность максимально возможной скорости движения автомобиля УАЗ-316300 на
горизонтальном участке дороги (таблица 2.2.2) и снижения скорости ∆Vн
за время нарастания тормозных сил tн.
Vн=Vmax-∆Vн (4.3)
где Vн
- начальная скорость торможения, м/с; Vmax
- максимально возможная скорость движения автомобиля УАЗ-316300 на горизонтальном
участке дороги, м/с; ∆Vн
- снижение скорости ∆Vн
за время нарастания тормозных сил tн.
Для того чтобы вычислить начальную скорость
необходимо сначала определить снижение скорости ∆Vн
за время нарастания тормозных сил tн:
∆Vн=0,5*jт*tн (4.4)
где ∆Vн
- снижение скорости за время нарастания тормозных сил tн,
м/с; jт - замедление при
торможении, м/с2; tн - время
нарастания тормозных сил (составляет 0,2-0,25 с. для гидравлического привода).
Замедление при торможении равно:
Jт=(g*(mтор*cosα*φ+
ma*sinα)+PB)/(ma*δ) (4.5)
где ma
- фактическая масса АТС, кг; PB
- сила сопротивления воздуха, Н; mтор
- масса, приходящаяся на заторможенные колеса, кг; g
- ускорение свободного падения, м/с2; α - угол
продольного наклона дороги (α=0°);
φ
- коэффициент
сцепления.
Jт=(9,8*(2650*cos0*0,5+
2650*sin0)+1291,2)/(2650*1,02)=5,2816
Отсюда снижение скорости ∆Vн
за время нарастания тормозных сил tн
равно:
∆Vн=0,5*5,2816*0,3=0,7922
Определим начальную скорость:
Vн=34,39-0,7922=33,598
· Зададим число интервалов
варьирования скорости n=8;
· Определим ширину интервала:
∆V=33,598/8=4,1997
· Определим скорость в начале
интервала в м/с:
V1=Vн
V1=33,598
· Определим скорость в начале
интервала в км/ч:
V1=33,598*3,6=120,95
· Силу сопротивления воздуха Рв:
РВ=Сх*ρ*Fа*Vа2/2 (4.6)
где РВ - сила сопротивления воздуха, Н; Сх -
коэффициент аэродинамического сопротивления; ρ - плотность
воздуха (при температуре воздуха tв=20°),
кг/м3; Fа - лобовая площадь
АТС, м2;
Vа - скорость АТС,
м/с.
РВ=0,62*1,205*2,75787*33,5982/2=1162,92
· Определим замедление на подъеме:
Jзп=(g*(mтор*cosα*φ+
ma*sinα)+PB)/(ma*δ) (4.7)
где ma
- фактическая масса АТС, кг; PB
- сила сопротивления воздуха, Н; mтор
- масса, приходящаяся на заторможенные колеса, кг; g
- ускорение свободного падения, м/с2; α - угол
продольного наклона дороги (α=5°);
φ - коэффициент
сцепления.
Jзп=(9,8*(2650*cos5*0,5+2650*sin5)+1162,92)/(2650*1,02) =5,97
·
Определим замедление на горизонте:
Jзг=(g*(mтор*cosα*φ+
ma*sinα)+PB)/(ma*δ) (4.8)
где ma
- фактическая масса АТС, кг; PB
- сила сопротивления воздуха, Н; mтор
- масса, приходящаяся на заторможенные колеса, кг; g
- ускорение свободного падения, м/с2; α - угол
продольного наклона дороги (α=0°);
φ - коэффициент
сцепления.
Jзп=(9,8*(2650*cos0*0,5+2650*sin0)+1162,92)/(2650*1,02) =5,23
· Определим замедление на спуске:
Jзс=(g*(mтор*cosα*φ+
ma*sinα)+PB)/(ma*δ) (4.8)
где ma
- фактическая масса АТС, кг; PB
- сила сопротивления воздуха, Н; mтор
- масса, приходящаяся на заторможенные колеса, кг; g
- ускорение свободного падения, м/с2; α - угол
продольного наклона дороги (α=-5°);
φ - коэффициент
сцепления.
Jзп=(9,8*(2650*cos(-5)*0,5+2650*sin(-5))+1162,92)/(2650*1,02)=4,47
· Определим среднее замедление при
торможения на горизонте:
Jср1=0,5*(J1+J2) (4.9)
где Jср1
- среднее замедление в интервале, м/с2; J1
- значение замедление в начале интервала, м/с2; J2
- значение замедление в конце интервала, м/с2.
Jср1=0,5*(5,23+5,13)=5,18
· Определим среднее скорости при
торможения на горизонте:
Vср1=0,5*(V1+V2) (4.10)
где Vср1
- средняя скорость в интервале, м/с; V1
- значение скорости в начале интервала, м/с; V2
- значение скорости в конце интервала, м/с.
Vср1=0,5*(33,598+29,398)=31,50
· Определим время торможения в каждом
интервале:
∆t=∆V/Jср (4.11)
где ∆t
- время торможения в интервале, с; ∆V
- ширина интервала, м/с; Jср1
- среднее замедление в интервале, м/с2.
∆t=4,2/5,18=0,84
· Определим путь торможения в
интервале:
∆S=Vср*∆ti (4.12)
где ∆S
- путь торможения в интервале, м; Vср1
- средняя скорость в интервале, м/с; ∆t
- время торможения в интервале, с.
∆S=31,50*0,84=25,52
· Определим путь торможения:
Sт1=0
· Определим время торможения:
tт=Σ
∆ti (4.13)
где tт
- время торможения, с; ∆ti
- время торможения в интервале, с.
tт=6,79
· Определим тормозной путь:
Sт=Σ
∆Si (4.14)
где Sт
- тормозной путь, м; ∆Si
- тормозной путь в интервале, м.
Sт=112,52
Представим в таблице 4.2 результаты расчетов
скоростной характеристики «Торможение АТС» (с использованием коэффициента
сцепления равным 0,5)
Далее на рисунке 4.1 представим графики
скоростной характеристики «Торможение АТС»
Рисунок 4.1 - скоростная характеристика
тормозного режима движения: 1 - на горизонтальной дороге; 2 - на подъеме с
углом α=5
град.;
3 - на спуске с углом α=5 град.
Представим алгоритм и численные примеры расчетов
скоростной характеристики «Торможение АТС» при коэффициенте сцепления φзад=0,8.
Определим начальную скорость торможения Vн
как разность максимально возможной скорости движения автомобиля УАЗ-316300 на
горизонтальном участке дороги (таблица 2.2.2) и снижения скорости ∆Vн
за время нарастания тормозных сил tн.
Vн=Vmax-∆Vн (4.15)
где Vн
- начальная скорость торможения, м/с; Vmax
- максимально возможная скорость движения автомобиля УАЗ-316300 на
горизонтальном участке дороги, м/с; ∆Vн
- снижение скорости ∆Vн
за время нарастания тормозных сил tн.
Для того чтобы вычислить начальную скорость
необходимо сначала определить снижение скорости ∆Vн
за время нарастания тормозных сил tн:
∆Vн=0,5*jт*tн (4.16)
где ∆Vн
- снижение скорости за время нарастания тормозных сил tн,
м/с; jт - замедление при
торможении, м/с2; tн - время
нарастания тормозных сил (составляет 0,2-0,25 с. для гидравлического привода).
Замедление при торможении равно:
Jт=(g*(mтор*cosα*φ+
ma*sinα)+PB)/(ma*δ) (4.17)
где ma
- фактическая масса АТС, кг; PB
- сила сопротивления воздуха, Н; mтор
- масса, приходящаяся на заторможенные колеса, кг; g
- ускорение свободного падения, м/с2; α - угол
продольного наклона дороги (α=0°);
φ
- коэффициент
сцепления.
Jт=(9,8*(2650*cos0*0,8+
2650*sin0)+1291,2)/(2650*1,02)=8,164
Отсюда снижение скорости ∆Vн
за время нарастания тормозных сил tн
равно:
∆Vн=0,5*8,164*0,25=1,0205
Определим начальную скорость:
Vн=34,39-1,0205=33,37
· Зададим число интервалов
варьирования скорости n=8;
· Определим ширину интервала:
∆V=33,37/8=4,1712
· Определим скорость в начале
интервала в м/с:
V1=Vн
V1=33,37
· Определим скорость в начале
интервала в км/ч:
V1=33,37*3,6=120,13
· Силу сопротивления воздуха Рв:
РВ=Сх*ρ*Fа*Vа2/2 (4.18)
где РВ - сила сопротивления воздуха, Н; Сх -
коэффициент аэродинамического сопротивления; ρ - плотность
воздуха (при температуре воздуха tв=20°),
кг/м3; Fа - лобовая площадь
АТС, м2;
Vа - скорость АТС,
м/с.
РВ=0,62*1,205*2,75787*33,372/2=1147,19
· Определим замедление на подъеме:
Jзп=(g*(mтор*cosα*φ+
ma*sinα)+PB)/(ma*δ) (4.19)
где ma
- фактическая масса АТС, кг; PB
- сила сопротивления воздуха, Н; mтор
- масса, приходящаяся на заторможенные колеса, кг; g
- ускорение свободного падения, м/с2; α - угол
продольного наклона дороги (α=5°);
φ - коэффициент
сцепления.
Jзп=(9,8*(2650*cos5*0,8+2650*sin5)+1147,19)/(2650*1,02) =8,84
· Определим замедление на горизонте:
Jзг=(g*(mтор*cosα*φ+
ma*sinα)+PB)/(ma*δ) (4.20)
где ma
- фактическая масса АТС, кг; PB
- сила сопротивления воздуха, Н; mтор
- масса, приходящаяся на заторможенные колеса, кг; g
- ускорение свободного падения, м/с2; α - угол
продольного наклона дороги (α=0°);
φ - коэффициент
сцепления.
Jзп=(9,8*(2650*cos0*0,8+2650*sin0)+1147,19)/(2650*1,02) =8,11
· Определим замедление на спуске:
Jзс=(g*(mтор*cosα*φ+
ma*sinα)+PB)/(ma*δ) (4.21)
где ma
- фактическая масса АТС, кг; PB
- сила сопротивления воздуха, Н; mтор
- масса, приходящаяся на заторможенные колеса, кг; g
- ускорение свободного падения, м/с2; α - угол
продольного наклона дороги (α=-5°);
φ - коэффициент
сцепления.
Jзп=(9,8*(2650*cos(-5)*0,8+2650*sin(-5))+1147,19)/(2650*1,02)=7,33
· Определим среднее замедление при
торможения на горизонте:
Jср1=0,5*(J1+J2) (4.22)
где Jср1
- среднее замедление в интервале, м/с2; J1
- значение замедление в начале интервала, м/с2; J2
- значение замедление в конце интервала, м/с2.
Jср1=0,5*(8,11+8,01)=8,06
· Определим среднее скорости при
торможения на горизонте:
Vср1=0,5*(V1+V2) (4.23)
где Vср1
- средняя скорость в интервале, м/с; V1
- значение скорости в начале интервала, м/с; V2
- значение скорости в конце интервала, м/с.
Vср1=0,5*(33,37+29,199)=31,28
· Определим время торможения в каждом
интервале:
∆t=∆V/Jср (4.24)
где ∆t
- время торможения в интервале, с; ∆V
- ширина интервала, м/с; Jср1
- среднее замедление в интервале, м/с2.
∆t=4,2/8,06=0,52
· Определим путь торможения в
интервале:
∆S=Vср*∆ti (4.25)
где ∆S
- путь торможения в интервале, м; Vср1
- средняя скорость в интервале, м/с; ∆t
- время торможения в интервале, с.
∆S=31,28*0,52=16,19
· Определим путь торможения:
Sт1=0
· Определим время торможения:
tт=Σ
∆ti (4.26)
где tт
- время торможения, с; ∆ti
- время торможения в интервале, с.
tт=4,26
· Определим тормозной путь:
Sт=Σ
∆Si (4.27)
где Sт
- тормозной путь, м; ∆Si
- тормозной путь в интервале, м.
Sт=70,51
Представим в таблице 4.3 результаты расчетов
скоростной характеристики «Торможение АТС» (с использованием коэффициента
сцепления равным 0,8)
Далее на рисунке 4.2 представим график
Зависимость замедления от скорости движения АТС
- Зависимость замедления от скорости движения
АТС на подъеме
- Зависимость замедления от скорости движения
АТС на горизонтальном участке дороге
- Зависимость замедления от скорости движения
АТС на спуске
Рисунок 4.2 - скоростная характеристика
тормозного режима движения: 1 - на горизонтальной дороге; 2 - на подъеме с
углом α=5
град.;
3 - на спуске с углом α=5 град.
Представим результаты анализа полученных данных
(таблица 4.1 и 4.2; рисунок 4.1 и 4.2) следующими выводами:
. Замедление АТС УАЗ-316300 соответствует
нормативным значениям.
Представим вычисления по данному выводу:
Начальная скорость равна - 80 км/ч (22,2 м/с);
Нормативное значение установившегося замедления
(не менее) - 7,0 м/с2;
Установившееся замедление равно:
Jз=9,8*0,8*(2650/2650)=7,84
. Замедление при торможении на
горизонтальном участке дороги (при φ=0,5) варьируется
в пределах от 4,80 м/с2 до 5,23 м/с2.
4.2 Приближенный расчет и анализ
замедления, тормозного и остановочного пути
В данном разделе изложим алгоритм, численные
примеры, результаты приближенного расчета (т. е. без учета силы сопротивления
воздуха и вращающихся масс) и анализа замедления, тормозного и остановочного
пути.
Представим численные примеры приближенного
расчета тормозного пути при коэффициенте сцеплении φ=0,5:
· Начальная скорость равна 33,598 м/с;
· Коэффициент сцепления равен 0,5;
· Угол продольного наклона дороги
равен 0 град.;
· Замедление равно:
Jз=g*φ*(mтор/ma) (4.28)
где Jз
- замедление, м/с2; g - ускорение
свободного падения, м/с2; φ
- коэффициент сцепления; mтор
- масса приходящаяся на заторможенные колеса, кг; m
- масса груженого АТС, кг.
Jз=9,8*0,5*(2650/2650)=4,9
· Тормозной путь равен:
Sт=Vн2/(2*Jз) (4.29)
где Sт
- тормозной путь, м; Vн
- начальная скорость торможения, м/с; Jз
- замедление, м/с2.
Sт=33,5982/(2*4,9)=115,19
Представим в таблице 4.4 результаты
приближенного расчета показателей тормозных свойств автомобиля УАЗ-316300.
Таблица 4.4 - Результаты расчета показателей
тормозных свойств АТС УАЗ-316300
№
пп
|
mа,
кг
|
mтор,
кг
|
Vн,
м/с
|
φ
|
α,
град
|
Jз,
м/с2
|
Sт,
м
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1
|
2650
|
2650
|
33,598
|
0,5
|
0
|
4,90
|
115,19
|
2
|
2650
|
2650
|
33,598
|
0,5
|
5
|
5,65
|
99,91
|
3
|
2650
|
2650
|
33,598
|
0,5
|
-5
|
4,12
|
136,98
|
Представим численные примеры приближенного
расчета тормозного пути при коэффициенте сцеплении φ=0,8:
· Начальная скорость равна 33,37 м/с;
· Коэффициент сцепления равен 0,8;
· Угол продольного наклона дороги
равен 0 град.;
· Замедление равно:
Jз=g*φ*(mтор/ma) (4.30)
где Jз
- замедление, м/с2; g - ускорение
свободного падения, м/с2; φ
- коэффициент сцепления; mтор
- масса приходящаяся на заторможенные колеса, кг; m
- масса груженого АТС, кг.
Jз=9,8*0,8*(2650/2650)=7,84
· Тормозной путь равен:
Sт=Vн2/(2*Jз) (4.31)
где Sт
- тормозной путь, м; Vн
- начальная скорость торможения, м/с; Jз
- замедление, м/с2.
Sт=33,372/(2*7,84)=71,02
Представим в таблице 4.5 результаты
приближенного расчета показателей тормозных свойств автомобиля УАЗ-316300.
Таблица 4.5 - Результаты расчета показателей
тормозных свойств АТС УАЗ-316300
№
пп
|
mа,
кг
|
mтор,
кг
|
Vн,
м/с
|
φ
|
α,
град
|
Jз,
м/с2
|
Sт,
м
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1
|
2650
|
2650
|
33,37
|
0,8
|
0
|
7,84
|
71,02
|
2
|
2650
|
2650
|
33,37
|
0,8
|
5
|
8,58
|
64,89
|
3
|
2650
|
2650
|
33,37
|
0,8
|
-5
|
7,05
|
78,96
|
Представим алгоритм и численные примеры расчета
остановочного пути автомобиля УАЗ-316300.
Представим расчет первой строки в таблице 4.6:
· Коэффициент сцепления φ=0,5;
· Продольный уклон дороги i=8
%;
· Угол продольного наклона дороги α=5
град.;
· Замедление:
Jзс=(g*(mтор*cosα*φ+
ma*sinα)+PB)/(ma*δ) (4.32)
где ma
- фактическая масса АТС, кг; PB
- сила сопротивления воздуха, Н; mтор
- масса, приходящаяся на заторможенные колеса, кг; g
- ускорение свободного падения, м/с2; α - угол
продольного наклона дороги (α=0°);
φ
- коэффициент
сцепления.
Jз=(9,8*(2650*cos(5)*0,5+2650*sin(5))+1219,1)/(2650*1,02)=5,99
· Путь за время реакции водителя:
Sp=Vн*tp (4.33)
где Sp
- путь за время реакции водителя, м; Vн
- начальная скорость, м/с; tp
- время реакции водителя (0,5…1,5 с.).
Sp=34,4*1=34,4
· Путь, проходимый за время приведения
тормозов в действие:
Sс=Vн*tс (4.34)
где Sс
- путь, проходимый за время приведения тормозов в действие, м; Vн
- начальная скорость, м/с; tс
- время приведения в действие (не более 0,2 с.).
Sс=34,4*0,2=6,88
· Путь, проходимый за время нарастания
тормозных сил до максимального значения:
Sн=(Vн-0,5*∆Vн)*tн (4.35)
где Sн
- путь, проходимый за время нарастания тормозных сил до максимального значения,
м; Vн - начальная
скорость, м/с; ∆Vн
- снижение скорости за время tн,
м/с; tн - время
нарастания тормозных сил, с.
Sн=(34,4-0,5*0,7922)*0,25=8,50
· Тормозной путь равен:
Sт=V2н/(2*Jз) (4.36)
где Vн
- начальная скорость, м/с; Jз
- замедление, м/с2.
Sт=34,42/(2*5,99)=98,72
· Остановочный путь:
Sо=Sp+Sc+Sн+Sт (4.37)
So=34,4+6,88+8,50+98,72=148,5
Представим результаты расчета остановочного пути
автомобиля УАЗ-316300 в таблице 4.6.
Таблица 4.6 - Результаты расчета остановочного
пути автомобиля УАЗ-316300
Заторможенные
колеса
|
Дорожные
условия
|
Результаты
расчета
|
|
φ
|
i,
%
|
α,
град
|
j,
м/с2
|
Sp,
м
|
Sс,
м
|
Sн,
м
|
Sт,
м
|
Sо,
м
|
Одиночный
автомобиль
|
Все
колеса
|
0,5
|
8
|
5
|
5,99
|
34,4
|
6,88
|
8,50
|
98,72
|
148,50
|
0,5
|
-8
|
-5
|
4,49
|
34,4
|
6,88
|
8,50
|
131,87
|
181,65
|
Все
колеса
|
0,5
|
0
|
0
|
5,25
|
34,4
|
6,88
|
8,50
|
112,60
|
162,38
|
Задней
оси
|
0,5
|
0
|
0
|
3,05
|
34,4
|
6,88
|
8,50
|
194,07
|
243,85
|
Все
колеса
|
0,2
|
0
|
0
|
2,37
|
34,4
|
6,88
|
8,50
|
249,38
|
299,16
|
Все
колеса
|
0,4
|
0
|
0
|
4,29
|
34,4
|
6,88
|
8,50
|
137,79
|
187,57
|
Все
колеса
|
0,6
|
0
|
0
|
6,22
|
34,4
|
6,88
|
8,50
|
95,19
|
144,97
|
Все
колеса
|
0,8
|
0
|
0
|
8,14
|
34,4
|
6,88
|
8,50
|
72,71
|
122,49
|
Далее на рисунке 4.3 представим графическую
зависимость тормозного пути от коэффициента сцепления.
Рисунок 4.3 - Зависимость тормозного пути от
коэффициента сцепления
Анализ полученных результатов приближенных
расчетов замедления, тормозного и остановочного пути представим следующими
фактами:
1. Замедление автотранспортного средства
УАЗ-316300 соответствует нормативным значениям, которое должно быть не менее
7,0 м/с2, установившееся замедление АТС УАЗ - 316300 равно 7,84 м/с2.
2. Доля тормозного пути Sт
в остановочном пути составляет 59%:
So - 100%
122,49 - 100% х = 59%
Sт - х % 72,71 - х %
3. Количественное влияние силы
сопротивления воздуха на замедление и длину тормозного пути.
Замедление на горизонте, спуске и подъеме без
учета Рв и δ соответственно
равны:
Jзг = 3,53 м/с2
Jзс = 2,74 м/с2
Jзп = 4,11 м/с2
Замедление на горизонте, спуске и подъеме с
учетом Рв и δ соответственно
равны:
Jзг = 5,23 м/с2
Jзс = 4,47 м/с2
Jзп = 5,97 м/с2
Разница на горизонте равна 33%, на спуске - 39%,
на подъеме - 31%.
Сила сопротивления воздуха увеличивает
замедление АТС и уменьшает длину тормозного пути.
4.
Количественное влияние отказа тормозов передней оси АТС УАЗ - 316300 на длину
тормозного пути составляет 36%.
Sт = 194,07 (при
отказе тормозов передней оси)
Sт = 112,6 (при
торможении всех колес)
5. Количественная разница между замедлением
при всех заторможенных колесах и замедлением при торможении только задней оси
составляет 42%.
5. Устойчивость АТС
УАЗ-316300
В данном разделе будет оцениваться устойчивость
АТС УАЗ-316300 посредством критических углов бокового крена по опрокидыванию и
скольжению, а так же критических (предельных) скоростей установившегося
криволинейного движения по боковому опрокидыванию.
Для оценки устойчивости АТС необходимо решить
следующие задачи:
. Сформировать дополнительный массив
исходных данных;
. Определить критический (предельный)
угол бокового крена по опрокидыванию неподвижного АТС УАЗ-316300;
. Определить критический угол бокового
крена по скольжению (заносу) непожвижного АТС УАЗ-316300 при условиях:
.1 при коэффициенте сцепления равном φ=0,2;
3.2 при коэффициенте сцепления равном φ=0,4;
3.3 при коэффициенте сцепления равном φ=0,6;
3.4 при коэффициенте сцепления равном φ=0,8;
4. Определить критическую скорость
установившегося криволинейного движения по опрокидыванию:
.1 При отсутствии поперечного уклона β=0°:
4.1.1 при минимальном радиусе поворота Rмин=5,14
м.;
.1.2 при среднем радиусе поворота Rсред=52,57
м.;
.1.3 при заданном радиусе поворота Rзад=100
м.
. Определить критическую скорость
установившегося криволинейного движения по заносу (боковому скольжению).
.1 При отсутствии поперечного уклона β=0°:
5.1.1 при минимальном радиусе поворота Rмин=5,14
м. и коэффициенте сцепления φ=0,2;
5.1.2 при минимальном радиусе поворота Rмин=5,14
м. и коэффициенте сцепления φ=0,4;
5.1.3 при минимальном радиусе поворота Rмин=5,14
м. и коэффициенте сцепления φ=0,6;
5.1.4 при минимальном радиусе поворота Rмин=5,14
м. и коэффициенте сцепления φ=0,8;
5.1.4 при среднем радиусе поворота Rсред=52,57
м. и коэффициенте сцепления φ=0,8;
5.1.5 при заданном радиусе поворота Rзад=100
м. и коэффициенте сцепления φ=0,8;
5.1 Расчет и анализ показателей
поперечной устойчивости АТС УАЗ-316300
Массив исходных данных формируется с помощью
данных таблиц 1.1.1; 1.2.1; 2.1.
Таблица 5.1 - массив исходных данных для расчета
показателей устойчивости АТС УАЗ-316300
Параметр
|
Размерность
|
Значение
|
|
|
Автомобиль
|
1.
Полная масса mа
|
кг
|
2650
|
2.
Ширина колеи Вт
|
м
|
1,6
|
3.
База Lт
|
м
|
2,76
|
4.
Высота центра масс hцм
|
м
|
0,6
|
5.
Боковая площадь Fб
|
м2
|
5,4
|
6.
Радиус поворота по оси внешнего переднего колеса (min) R
|
м
|
6,55
|
7.
Основной радиус поворота Rmin
|
м
|
5,14
|
Rсред
|
м
|
52,57
|
Rзад
|
м
|
100
|
8.
Угол поперечного уклона, β
|
град
|
0
|
9.
Коэффициент сцепления, φmin
|
-
|
0,2
|
φзад
|
-
|
0,5
|
φmax
|
-
|
0,8
|
10.
Коэффициент Сy
|
-
|
0,7
|
Далее представим расчетные схемы на рисунках 5.1
и 5.2, а так же алгоритм и численные примеры расчета критических углов бокового
крена по опрокидыванию и скольжению.
Первым шагом определим средний угол управляемых
колес:
θ=arctg(L/R) (5.1)
где θ - средний
угол управляемых колес, °; L
-
база автомобиля, м; R - радиус
поворота, м.
Для движения по кривой минимального радиуса
поворота средний угол управляемых колес равен:
θ=arctg(2,76/5,14)=31,37
Для движения по кривой среднего радиуса поворота
средний угол управляемых колес равен:
θ=arctg(2,76/52,57)=3,3
Для движения по кривой максимального радиуса
поворота средний угол управляемых колес равен:
θ=arctg(2,76/100)=1,76
Далее определим критический угол по
опрокидыванию для неподвижного автомобиля:
βо=arctg(B/2*hа) (5.2)
где βо
- критический угол по опрокидыванию для неподвижного автомобиля, °; B
- ширина колеи, м; hа - высота
центра масс, м.
βо=arctg(1,6/2*0,6)=59
Определим критический угол по заносу для
неподвижного АТС:
βз=arctg(φ) (5.3)
где βз
- критический угол по заносу, °; φ - коэффициент
сцепления.
при коэффициенте сцепления φ=0,2
критический
угол по заносу равен:
βз=arctg(0,2)=12,57
при коэффициенте сцепления φ=0,4
критический
угол по заносу равен:
βз=arctg(0,4)=24,22
при коэффициенте сцепления φ=0,6
критический угол по заносу равен:
βз=arctg(0,6)=34,4
при коэффициенте сцепления φ=0,8
критический
угол по заносу равен:
βз=arctg(0,8)=43
Далее представим результаты расчетов критических
углов по опрокидыванию и заносу в таблице 5.2 и на графике 5.3.
Таблица 5.2 - Результаты расчета критических
углов бокового крена неподвижного АТС УАЗ-316300 (hц=0,6;
В=1,6; β=0)
Коэффициент
сцепления φ
|
Критический
угол
|
|
по
заносу, βкз
|
по
опрокидыванию βко
|
0,2
|
12,57
|
59
|
0,4
|
24,22
|
|
0,6
|
34,4
|
|
0,8
|
43
|
|
На рисунке 5.3 представим графическую
зависимость критического угла по заносу от коэффициента сцепления.
Рисунок 5.3 - Зависимость критического угла
бокового крена по заносу от коэффициента сцепления
Представим алгоритм и численные примеры расчета
критических скоростей по опрокидыванию и заносу.
Рассчитаем критические скорости криволинейного
движения по заносу:
Vз= (5.4)
где Vз -
критические скорости криволинейного движения по заносу, м/с; - база автомобиля, м; θ - средний угол
управляемых колес, град.; φ - коэффициент сцепления; β - угол
поперечного уклона.
Для движения по поверхности с
коэффициентом сцепления 0,2 и минимальным радиусом равным 5,14 метров
критическая скорость по заносу равна:
Vз==3,2
Для движения по поверхности с
коэффициентом сцепления 0,4 и минимальным радиусом равным 5,14 метров
критическая скорость по заносу равна:
Vз==4,5
Для движения по поверхности с
коэффициентом сцепления 0,6 и минимальным радиусом равным 5,14 метров
критическая скорость по заносу равна:
Vз==5,5
Для движения по поверхности с
коэффициентом сцепления 0,8 и минимальным радиусом равным 5,14 метров
критическая скорость по заносу равна:
Vз==6,3
Для движения по поверхности с коэффициентом
сцепления 0,8 и средним радиусом равным 52,57 метров критическая скорость по
заносу равна:
Vз==20,8
Для движения по поверхности с
коэффициентом сцепления 0,8 и максимальным радиусом равным 5,14 метров
критическая скорость по заносу равна:
Vз==28,3
Далее представим примеры расчета
критических скоростей по опрокидыванию:
VКО= (5.5)
где VКО -
критическая скорость по опрокидыванию, м/с; - база автомобиля, м; - средний угол управляемых колес; В
- ширина колеи колес, м; - высота центра масс, м; β - угол
поперечного уклона, град.
для движения по кривой с минимальным
радиусом поворота 5,14 метров:
VКО==50*1,3=8
для движения по кривой с минимальным
радиусом поворота 5,14 метров:
VКО==8
для движения по кривой со средним
радиусом поворота 52,57 метров:
VКО==541,5*1,3=26,5
для движения по кривой с
максимальным радиусом поворота 100 метров:
VКО==36,1
Далее представим результаты расчета
критических скоростей по опрокидыванию и заносу в таблице 5.3. Так же на
рисунках 5.4 и 5.5 представим зависимости критической скорости по заносу от
коэффициента сцепления и критической скорости от основного радиуса поворота
соответственно.
Таблица 5.3 - Результаты расчета
критических скоростей криволинейного движения автомобиля УАЗ-316300 (hц=0,6; В=1,6; β=0)
Коэффициент
сцепления, φ
|
Радиус
поворота, R
|
Критическая
скорость
|
|
|
по
заносу, Vкз
|
По
опрокидыванию, Vоп
|
0,2
|
5,14
|
3,2
|
8
|
0,4
|
5,14
|
4,5
|
8
|
0,6
|
5,14
|
5,5
|
8
|
0,8
|
5,14
|
6,3
|
8
|
0,8
|
52,17
|
20,8
|
26,5
|
0,8
|
100
|
28,3
|
36,1
|
|
|
|
|
|
|
|
Представим график зависимости критической
скорости по заносу от коэффициента сцепления.
Рисунок 5.4 - зависимость критической скорости
по заносу от коэффициента сцепления при R=5,14
м. и β=0
Так же представим на рисунке 5.5 зависимость
критической скорости по опрокидыванию и заносу от основного радиуса поворота.
Рисунок 5.5 - Зависимость критической скорости
по опрокидыванию и заносу от основного радиуса поворота (при β=0)
кривые
1 и 2 - соответственно скорость по опрокидыванию и заносу.
Результате анализа показателей устойчивости АТС
Допустимая скорость движения АТС при поворотах с минимальным радиусом
прохождения криволинейных участков дороги на сухом асфальте равна 23 км/ч
На гололеде скорость составляет 11,5 км/ч
Предельно допустимый поперечный уклон проезжей части при движении на сухом
асфальте равен 38 град. На гололеде 12 град.при не выполнение данных
рекомендаций эксплуатации АТС, автомобиль неизбежно войдет в занос и в
следствии чего потеряет устойчивость что не безопастно!
6. Маневренность АТС УАЗ-316300
В данном разделе курсовой раблты будет
оцениваться маневренность автомобиля УАЗ-316300 с прицепом следующими
показателями:
· Шириной ГПД и её составляющими;
· Сдвигом траектории;
· Поворотной шириной по следу колес;
· Углом складывания автопоезда при
установившемся круговом движении с минимальным радиусом поворота тягача.
Для оценки маневренности необходимо составить
дополнительный массив исходных данных и определить показатели графическим
методом.
6.1 Определение и анализ показателей
маневренности АТС УАЗ-316300
В данном разделе представим массив исходных
данных, формируя его с помощью данных из таблицы 1.1.1, а так же путем выбора
прицепа подходяшщего для данного автомобиля.
Таблица 6.1 - Массив исходных данных дял
определения маневренности АТС УАЗ-316300
Параметр
|
Размерность
|
Значение
|
|
|
Тягач
|
Прицеп
|
Минимальный
радиус траектории наружного колеса Rн1
|
м
|
6,55
|
|
База
L1
|
м
|
2,76
|
|
Ширина
колеи: колес передней оси B1, В3
|
м
|
1,6
|
1,44
|
колес
задней оси В2
|
м
|
1,6
|
|
Длина
дышла прицепа, L2
|
м
|
|
1,955
|
Габаритные
размеры: длина Lгт, Lгп
|
м
|
4,647
|
2,785
|
ширина
Вгт, Вгп
|
м
|
2,08
|
1,72
|
Передний
свес, Lпс
|
м
|
0,4
|
700
|
Задний
свес, Lзс
|
м
|
0,444
|
700
|
Угол наклона радиуса переднего наружного колеса
тягача RН1 к оси Y:
φН1=arc
sin (L1/RН1)
φН1=arc
sin (2,76/6,55)= 24,83
Радиус заднего наружного колеса тягача:
RН2=RН1*cos
φН1Н2=6,55*cos
(24,83)=5,9605
Радиус траектории середины С2 задней оси тягача:
RC2= RН2-(B2/2)
RC2=
5,9605-(1,6/2)=5,1605
Радиус траектории внутреннего колеса задней оси:
RB2=RН2-B2
RB2=5,9605-1,6=4,3605
Угол наклона радиуса траектории середины
передней оси тягача Rc1
к оси Y:
φc1=arc tg (L1/Rc2)
φc1=arc
tg
(2,76/5,1605)=27,92
Угол наклона радиуса переднего внутреннего
колеса тягача RB1 к оси Y:
φB1=arc tg (L1/RB2)
φB1=arc
tg (2,76/4,3605)=32,21
Радиус траектории середины С1 передней оси
тягача:
RC1=L1/sin φC1=2,76/sin
27,92=5,89
Радиус траектории внутреннего колеса передней
оси тягача:
RB1=L1/sin φB1=2,76/sin
32,21=5,18
Угол наклона радиуса точки сцепки RC
к оси Y:
φC=arc tg (LC/RC2)
φC=arc
tg
(0,735/5,1605)=8,104
Радиус траектории точки сцепки Сс:
RC=LC/sin φC=0,735/sin
8,104=5,2164
Угол наклона радиуса середины С3 передней оси
прицепа RC3 к оси Y:
φC3=arc
sin (L2/RC)
φC3=arc
sin
(1,955/5,2164)=22,01
Радиус траектории середины С3 передней оси
прицепа:
RC3=1,955/tg 22,01=4,839
Радиус траектории наружного колеса передней оси
прицепа:
RH3=RC3+0.5*B3
RH3=4,88+0.5*1,44=5,559
Радиус траектории внутреннего колеса передней
оси прицепа:
RB3=RC3-0.5*B3
RB3=4,839-0.5*1,44=4,119
Расчетные формулы для базовых точек схемы:
Абсциссы точек (Х):
Н2=0;
С2=0;
В2=0;
Н1= -RH1*sin φH1;=
-RC1*sin φC1;=
-RB1*sin φB1;=RC*sin
φc;=RH3*sin (φC+φC3);=RC3*
sin (φC+φC3);=RB3*
sin (φC+φC3);
Ордината точек (Y):
Н2=RH2;
С2=RC2;
В2=RB2;
Н1=RH1*cos
φH1;
C1=RC1*cos φC1;=RB1*cos
φB1;
Cc=RC*cos φc;=RH3*cos
(φC+φC3);=RC3*cos (φC+φC3);
B3=RB3*cos (φC+φC3);
Таблица 6.2 - Координаты базовых точек
Точка
расчетной схемы
|
Абсцисса
|
Ордината
|
H2
|
0
|
5,960
|
С2
|
0
|
5,160
|
В2
|
0
|
4,360
|
Н1
|
-2,750
|
5,94
|
С1
|
-2,758
|
5,204
|
В1
|
-2,761
|
4,383
|
Сc
|
0,735
|
5,164
|
Н3
|
2,789
|
4,808
|
С3
|
2,428
|
4,1857
|
В3
|
2,066
|
3,5629
|
Таблица 6.3 - Результаты определения показателей
маневренности при круговом движении автотранспортного средства УАЗ-316300 с
прицепом марки «Кремень» с минимальным радиусом поворота.
Показатель
|
Размерность
|
Значение
|
|
|
Тягач
|
Прицеп
|
Автопоезд
|
Ширина
ГПД
|
м
|
2,59
|
1,8
|
2,97
|
Ширина
составляющей ГПД:
|
м
|
0,81
|
0,75
|
2,97
|
Внутренний
АВ
|
|
|
|
|
Наружный
АН
|
м
|
1,86
|
0,75
|
|
Сдвиг
траектории Ск
|
м
|
0,36
|
0,36
|
0,36
|
Поворотная
ширина по следу колес Впов
|
м
|
2,
59
|
1,54
|
2,86
|
Угол
складывания автопоезда γ2
|
град
|
32
|
32
|
32
|
Представим результаты анализа полученных данных
следующими выводами:
Ширина ГПД автопоезда увеличится за
счет наружной составляющей в 1,76 раза.
Прицепное звено увеличивает ширину
автопоезда в 1,06 раза, за счет внутренней составляющей.
Для поворота автомобиля УАЗ-316300 в
составе автопоезда на 180 градусов с радиусом поворота 6,55 метра, необходима
проезжая часть шириной 14,5 метров.
Ширина ГПД автопоезда при увеличении
длины дышла прицепа будет увеличиваться за счет внутренней составляющей.
Ширина ГПД автопоезда при увеличении
плеча сцепного устройства до определенного значения изменяться не будет, в
дальнейшем будет увеличиваться за счет внешней составляющей.
Список используемых источников
1. Практикум по теории движения
автомобиля: Учеб. пособие / В. Г. Анопченко. Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2005. 83 с.
2. Техника транспорта,
обслуживание и ремонт. Анализ эксплуатационных свойств автомобиля. / Сост. В. Г.
Анопченко. - Красноярск: ИПЦ СФУ, 2007 - 45 с.
3. Официальный
сайт завода изготовителя УАЗ / Модельный ряд / внедорожники / УАЗ Патриот /
Технические характеристики (<http://www.uaz.ru/models/sm/patriot/tx>)
. Официальный
сайт завода изготовителя УАЗ / Модельный ряд / внедорожники / УАЗ Патриот /
Габаритные размеры (<http://www.uaz.ru/models/sm/patriot/dimensions>)
. УАЗ
Патриот / Узнать / Узлы и агрегаты / КПП (<http://patriot.uaz.ru/>)
. УАЗ
Патриот / Узнать / Узлы и агрегаты / Двигатель (<http://patriot.uaz.ru/>)
. ОАО
«Ульяновский автомобильный завод»: Руководство по техническому обслуживанию и
ремонту автомобиля УАЗ «Патриот» / С. В. Гайсин, Г. В. Шиян. ОАО «УАЗ», 2005.
192 с.