Анализ тягово-скоростных свойств автомобиля ЗИЛ-4104
Министерство
образования и науки Украины
Харьковский
национальный автомобильно-дорожный университет
Кафедра
автомобилей
КУРСОВАЯ
РАБОТА
по
дисциплине «Автомобили» раздел «Теория»
на
тему: «Анализ тягово-скоростных свойств автомобиля ЗИЛ-4104»
Выполнил: студент
Кривуленко О.А.
Харьков
2009
Содержание
1.
Задание для расчетно-графического анализа и выбор исходных данных
.
Построение внешней скоростной характеристики двигателя
.
Построение графиков силового баланса динамической характеристики
.
Оценка показателей разгона автомобиля
.
График мощностного баланса автомобиля
.
Анализ тягово-скоростных свойств автомобиля
Перечень
ссылок
1. Задание для расчетно-графического анализа и
выбор исходных
данных
В соответствии с заданием, в курсовой работе
необходимо провести тягово-скоростной анализ автомобиля ЗИЛ-4104 при движении
по дороге с суммарным коэффициентом дорожного сопротивления 
=0,014.
Из справочника выбираем для заданной модели
автомобиля исходные данные для расчета и реальные значения основных параметров
автомобиля для сравнений их с полученными расчетами. Выбранные параметры
заносим в табл. 1., а реальные значения - в табл. 2.
Таблица 1 - Исходные данные для расчета
|
Параметры
|
Значения
параметра
|
|
1.
Вид автомобиля
|
легковой
|
|
2.
Полная масса, кг
|
3860
|
|
3.
Марка и тип двигателя
|
V-обр,
бензиновый карбюраторный
|
|
4.
Максимальная мощность двигателя Nemax, кВт
|
232
|
|
5.
Частота вращения вала двигателя при максимальной мощности nN, об/мин
|
4500
|
|
6.
Наличие ограничителя частоты вращения вала двигателя
|
нет
|
|
7.
Передаточные числа:
|
|
|
Коробки передач ик1 ик2 ик3
|
2,02
1,42 1,00
|
|
Раздаточной коробки или делителя
|
нет
|
|
Главной передачи и0
|
3.615
|
|
8.
Маркировка шин
|
245/70HR16
|
|
9.
Статический радиус колеса rcm, м
|
0.347
|
|
10.
Габаритные размеры ширина Вг, м высота Нг, м
|
2326
1500
|
|
11.
КПД трансмиссии
|
0.92
|
|
12.
Коэффициент сопротивления воздуха К, Н*с2/м4
|
Нет
данных
|
Таблица 2 - Реальные значения основных
параметров автомобиля для сравнения их с полученными расчетами
|
Максимальный
крутящий момент двигателя Меmax, Н*м
|
610
|
|
2.
Частота вращения вала двигателя при максимальном крутящем моменте nM, об/мин
|
2700
|
|
3.
Максимальная скорость Vmax, км/ч
|
190
|
|
4.
Время разгона до 100 км/ч tp, с
|
13,0
|
. Построение внешней скоростной характеристики
двигателя
Для построения внешней скоростной характеристики
поршневого двигателя внутреннего сгорания используют эмпирическую формулу,
позволяющую по известным координатам одной точки характеристики (Ne max и nN)
воспроизвести всю кривую мощности:
(1)
где Ne - текущее значение мощности двигателя,
соответствующее частоте вращения вала n, в кВт; А1 и А2 - эмпирические
коэффициенты, характеризующие тип двигателя. Для карбюраторного двигателя А1 =
А2 = 1, для дизельного двигателя А1 = 0,5, А2 = 1,5.
Для выбора текущего значения n диапазон частоты
вращения вала двигателя от минимально устойчивых оборотов nmin до nN разбиваем
на произвольное число участков (рекомендуется 6-8, целесообразно с постоянным
интервалом 
кратным 50 или 100
для упрощения расчетов):
Так как у карбюраторного двигателя, не имеющего
ограничения частоты вращения, максимальная частота вращения коленчатого вала
nmax при движении автомобиля с максимальной скоростью может на 10-20% превышать
частоту nN, для него берут еще одно значение n после nN с тем же интервалом 
Минимальную частоту вращения коленчатого вала
выбирают в пределах 400…800 об/мин. Меньшие значения принимают для дизелей.
Большее - для карбюраторных двигателей легковых
автомобилей и АТС на их базе, среднее - для карбюраторных двигателей грузовых
автомобилей и АТС на их базе.
В данном случае примем nmin = 900 об/мин.
Текущее значение крутящего момента а Н м:
(2)
Значение мощности и крутящего момента при
частоте вращения коленчатого вала n = 900 об/мин:
Результаты расчетов значений мощности и
крутящего момента представлены в табл. 3, график внешней скоростной характеристики
двигателя представлен на рис. 1.
Таблица 3 - Результаты расчетов внешней
скоростной характеристики двигателя
|
Параметры
|
Значение
параметров
|
|
n,
об/мин
|
900
|
1500
|
2100
|
2700
|
3300
|
3900
|
4500
|
5100
|
|
|
0,2
|
0,333333333
|
0,466666667
|
0,6
|
0,733333333
|
0,866666667
|
1
|
1,133333333
|
|
|
0,04
|
0,111111111
|
0,217777778
|
0,36
|
0,537777778
|
0,751111111
|
1
|
1,284444444
|
|
|
0,008
|
0,037037037
|
0,10162963
|
0,216
|
0,39437037
|
0,650962963
|
1
|
1,455703704
|
|
|
0,232
|
0,407407407
|
0,582814815
|
0,744
|
0,876740741
|
0,966814815
|
1
|
0,962074074
|
|
Ne,
кВт
|
53,824
|
94,51851852
|
135,213037
|
172,608
|
203,4038519
|
224,301037
|
232
|
223,2011852
|
|
Me,
кВт
|
571,1324444
|
601,7679012
|
614,8973827
|
610,5208889
|
588,6384198
|
549,2499753
|
492,3555556
|
417,9551605
|
. Построение графиков силового баланса и
динамической
характеристики
При построении графиков силового баланса для
различных передач и скоростей движения автомобиля рассчитывают значения
составляющих уравнения силового баланса:
Тяговое усилие на ведущих колесах определяют из
выражения, Н:
где rд - динамический радиус колеса, который в
нормальных условиях движения принимаем равным rст, м.
Вторую составляющую силового баланса - силу
суммарного дорожного сопротивления - определяют по формуле, Н:
где G = gm - полный вес автомобиля, Н; g = 9,81
м/с2 - ускорение свободного падения.
В расчетах не учитывается влияние скорости
движения на коэффициент сопротивления качения, в связи с чем полагают 
.
Для ЗИЛ-4104 
а
при заданном 
.
Сила сопротивления воздуха, Н:
где F - лобовая площадь, м2; v - скорость
автомобиля, км/ч.
Лобовая площадь может быть определена по чертежу
автомобиля, а при его отсутствии - приближенно по выражению.
где 
-
коэффициент заполнения площади, для легковых автомобилей =0,75…0,9
/ большие значения принимаются для автомобилей с большей полной массой /; для
автобусов = 0,85…0,95 /
меньшие значения принимаются для автобусов малой вместимости, а большие -
большой /.
Для ЗИЛ-4104 
.
Сила сопротивления разгону, Н:
где 
-
коэффициент, учитывающий влияние инерции вращающихся масс; - ускорение
автомобиля в поступательном движении, м/с2.
При построении и анализе графиков силового
баланса величина Pj не рассчитывается, а определяется как разность тягового
усилия Pk и суммы сопротивлений движению (
).
График силового баланса и все последующие строят
в функции скорости автомобиля v, км/ч, которая связана с частотой вращения вала
двигателя n зависимостью:
где rk - радиус качения колеса, м, равный при
отсутствии проскальзывания статическому радиусу rст.
Динамический фактор автомобиля D определяется
для различных передач и скоростей движения по формуле:
Переменные по скорости величины PK, PW и D
рассчитывают по формулам 4, 6, 10, сводят данные расчетов в табл. 4 и строят по
ним графики силового баланса, рис. 3, и динамической характеристики, рис. 4.
Таблица 4 - Результаты расчетов силового баланса
и динамической характеристики
|
Ме
|
571,1324
|
601,7679
|
614,8974
|
610,5209
|
588,6384
|
549,25
|
492,3556
|
417,9552
|
|
Uк1
|
2,02
|
2,02
|
2,02
|
2,02
|
2,02
|
2,02
|
2,02
|
2,02
|
|
Uк2
|
1,42
|
1,42
|
1,42
|
1,42
|
1,42
|
1,42
|
1,42
|
1,42
|
|
Uк3
|
1
|
1
|
1
|
1
|
1
|
1
|
1
|
1
|
|
Uo
|
3,615
|
3,615
|
3,615
|
3,615
|
3,615
|
3,615
|
3,615
|
3,615
|
|
кпд
|
0,92
|
0,92
|
0,92
|
0,92
|
0,92
|
0,92
|
0,92
|
0,92
|
|
Rд
|
0,347
|
0,347
|
0,347
|
0,347
|
0,347
|
0,347
|
0,347
|
0,347
|
|
G
|
37866,6
|
37866,6
|
37866,6
|
37866,6
|
37866,6
|
37866,6
|
37866,6
|
37866,6
|
|
PΨ
|
530,1324
|
530,1324
|
530,1324
|
530,1324
|
530,1324
|
530,1324
|
530,1324
|
530,1324
|
|
F
|
2,7912
|
2,7912
|
2,7912
|
2,7912
|
2,7912
|
2,7912
|
2,7912
|
2,7912
|
|
n,
об/мин
|
900
|
1500
|
2100
|
2700
|
3300
|
3900
|
4500
|
5100
|
|
1-я
передача
|
V,
км/ч
|
16,12329
|
26,87215
|
37,62101
|
48,36987
|
59,11873
|
69,86759
|
80,61645
|
91,36531
|
|
Рк,
Н
|
11057,45
|
11650,57
|
11904,76
|
11820,03
|
11396,37
|
10633,79
|
9532,283
|
8091,849
|
|
Pw,
Н
|
16,23646
|
45,10127
|
88,39849
|
146,1281
|
218,2902
|
304,8846
|
405,9114
|
521,3707
|
|
Рк-Рw,
Н
|
11041,21
|
11605,47
|
11816,36
|
11673,9
|
11178,08
|
10328,91
|
9126,371
|
7570,478
|
|
D
|
0,291582
|
0,306483
|
0,312052
|
0,30829
|
0,295196
|
0,272771
|
0,241014
|
0,199925
|
|
2-я
передача
|
V
,км/ч
|
22,93595
|
38,22658
|
53,51721
|
68,80784
|
84,09847
|
99,38911
|
114,6797
|
129,9704
|
|
Рк,
Н
|
7773,057
|
8190,002
|
8368,693
|
8309,13
|
8011,311
|
7475,239
|
6700,911
|
5688,329
|
|
Pw,
Н
|
32,8562
|
91,26722
|
178,8838
|
295,7058
|
441,7334
|
616,9664
|
821,405
|
1055,049
|
7740,2
|
8098,735
|
8189,81
|
8013,424
|
7569,578
|
6858,272
|
5879,506
|
4633,28
|
|
D
|
0,204407
|
0,213875
|
0,216281
|
0,211622
|
0,199901
|
0,181117
|
0,155269
|
0,122358
|
|
3-я
передача
|
V
,км/ч
|
32,56905
|
54,28174
|
75,99444
|
97,70714
|
119,4198
|
141,1325
|
162,8452
|
184,5579
|
|
Рк,
Н
|
5473,984
|
5767,607
|
5893,446
|
5851,5
|
5641,768
|
5264,253
|
4718,952
|
4005,866
|
|
Pw,
Н
|
66,25124
|
184,0312
|
360,7012
|
596,2612
|
890,7111
|
1244,051
|
1656,281
|
2127,401
|
|
Рк-Рw,
Н
|
5407,732
|
5583,576
|
5532,745
|
5255,239
|
4751,057
|
4020,202
|
3062,671
|
1878,465
|
|
D
|
0,14281
|
0,147454
|
0,146111
|
0,138783
|
0,125468
|
0,106167
|
0,080881
|
0,049607
|
|
PΨ+Рw,
Н
|
596,3836
|
714,1636
|
890,8336
|
1126,394
|
1420,844
|
1774,183
|
2186,413
|
2657,533
|
4. Оценка показателей разгона автомобиля
Показатели разгона автомобиля представляют собой
графики ускорений, времени и пути разгона в функции скорости.
Ускорение j для разных передач и скоростей
определяют по значениям D из табл. 4, используя формулу
где 
предварительно
рассчитываем для каждой передачи. В данном примере 
;
;
;.
Расчетные данные для построения графика
ускорений сводят в табл. 5, где приводятся значения величин, обратных ускорений
1/j, которые будут использованы при определении времени разгона АТС.
Поскольку при максимальной скорости для
автомобиля без ограничителя частоты вращения вала двигателя ускорения j=0, а
обратная величина 
, построение
графика 
ограничивают
последней точкой, примерно соответствующей 0,9*Vmax.
Время разгона получают как интеграл функции:
Площадь под кривыми в
интервале от Vmin до 0,9*Vmax разбиваем на произвольное число участков. Площадь
этих участков представляют собой в определенном масштабе время разгона в
соответствующем интервале скоростей на данной дороге.
;
;
Принимаем каждый участок как трапецию, определяем
площади участков по формуле:
Подсчитав площади Fti и нарастающую сумму
площадей 
,
по формуле вычисляем время разгона t, сводим результаты в табл. 6 и строим
график времени разгона (рис. 7).
Путь разгона определяют по аналогии графическим
интегрированием функции 
, т. е. подсчетом
соответствующих площадей графика времени разгона.
Методика расчета и построения аналогична
предыдущей.
Таблица 5 - Результат расчета ускорений и
велечин, обратных ускорений
|
n,
об/мин
|
900
|
1500
|
2100
|
2700
|
3300
|
3900
|
4500
|
5100
|
|
1-я
передача
|
V
,км/ч
|
16,12328992
|
26,87214987
|
37,62100982
|
48,36986977
|
59,11872972
|
69,86758966
|
80,61644961
|
91,36531
|
|
D-y
|
0,27758177
|
0,292482895
|
0,298052376
|
0,294290191
|
0,281196341
|
0,258770876
|
0,227013745
|
0,185925
|
|
j,
м/с2
|
1,019054685
|
1,073759506
|
1,094206113
|
1,080394428
|
1,032324451
|
0,949996367
|
0,83340999
|
0,682565
|
|
1/j
|
0,981301607
|
0,931307238
|
0,9139046
|
0,925587891
|
0,968687702
|
1,052635604
|
1,199889624
|
1,465061
|
|
D
|
0,29158177
|
0,306482895
|
0,312052376
|
0,308290191
|
0,295196341
|
0,272770876
|
0,241013745
|
0,199925
|
|
2-я
передача
|
V
,км/ч
|
22,93594764
|
38,22657939
|
53,51721115
|
68,80784291
|
84,09847467
|
99,38910642
|
114,6797382
|
129,9704
|
|
D-y
|
0,190407061
|
0,193875419
|
0,196280564
|
0,191622481
|
0,179901169
|
0,161116664
|
0,13526893
|
0,102358
|
|
j,
м/с2
|
1,011552978
|
1,029978913
|
1,042756441
|
1,018009995
|
0,955739573
|
0,855945365
|
0,718627181
|
0,543785
|
|
1/j
|
0,988578969
|
0,970893663
|
0,958996713
|
0,982308626
|
1,046310134
|
1,168298867
|
1,391542132
|
1,838962
|
|
D
|
0,204407061
|
0,213875419
|
0,216280564
|
0,211622481
|
0,199901169
|
0,181116664
|
0,15526893
|
0,122358
|
|
3-я
передача
|
V
,км/ч
|
32,56904564
|
54,28174274
|
75,99443983
|
97,70713693
|
119,419834
|
141,1325311
|
162,8452282
|
184,5579
|
|
D-y
|
0,128810083
|
0,133453849
|
0,132111476
|
0,124782953
|
0,111468279
|
0,09216748
|
0,066880531
|
0,035607
|
|
j,
м/с2
|
0,87751869
|
0,90915435
|
0,900009433
|
0,850083867
|
0,759377652
|
0,62789096
|
0,455623617
|
0,242576
|
|
1/j
|
1,139576868
|
1,099923242
|
1,111099466
|
1,17635452
|
1,316867828
|
1,592633218
|
2,19479404
|
4,122426
|
|
D
|
0,142810083
|
0,147453849
|
0,146111476
|
0,138782953
|
0,125468279
|
0,10616748
|
0,080880531
|
0,049607
|
двигатель автомобиль разгон
скоростной
Таблица 6 - Результаты расчетов времени разгона
|
Параметр
|
Значение
параметров
|
|
V,
км/ч
|
16,12328992
|
37,62100982
|
54,28174274
|
75,99443983
|
97,70713693
|
114,6797382
|
141,1325311
|
162,8452282
|
184,5579253
|
|
|
0
|
20,37130609
|
16,77592392
|
24,00363317
|
24,83339776
|
21,79194297
|
39,46988633
|
41,11763042
|
68,58193978
|
|
|
0
|
20,37130609
|
37,14723001
|
61,15086318
|
85,98426094
|
107,7762039
|
147,2460902
|
188,3637207
|
256,9456604
|
|
|
0
|
5,642851788
|
10,28978271
|
16,9387891
|
23,81764028
|
29,85400848
|
40,787167
|
52,17675062
|
71,17394794
|
|
Параметр
|
Значение
параметра
|
|
V,
км/ч
|
16,1232
|
37,621
|
54,2817
|
75,9944
|
97,7071
|
114,6796
|
141,1325
|
162,8452
|
171
|
|
|
0
|
60,65444958
|
132,7244218
|
295,6029056
|
442,4660621
|
455,4710293
|
934,3319754
|
1009,248827
|
502,9501383
|
|
|
0
|
60,65444958
|
193,3788714
|
488,981777
|
931,4478391
|
1386,918868
|
2321,250844
|
3330,499671
|
3833,449809
|
|
|
0
|
16,80128253
|
53,56594737
|
135,4479522
|
258,0110514
|
384,1765266
|
642,9864837
|
922,5484088
|
1061,865597
|
. График мощностного баланса автомобиля
Таблица 7 - Результаты расчетов составляющих
баланса мощности
|
Параметр
|
Значение
параметра
|
|
n,
об/мин
|
900
|
1500
|
2100
|
2700
|
3300
|
3900
|
4500
|
5100
|
|
Ne,
кВт
|
53,824
|
94,51851852
|
135,213037
|
172,608
|
203,4038519
|
224,301037
|
232
|
|
N,
кВт
|
49,52
|
86,96
|
124,40
|
158,80
|
187,13
|
206,36
|
213,44
|
205,35
|
|
V,
км/ч
|
Uk1=2,02
|
16,12
|
26,87
|
37,62
|
48,37
|
59,12
|
69,87
|
80,62
|
91,37
|
|
Uk2=1,42
|
22,94
|
38,23
|
53,52
|
68,81
|
84,10
|
99,39
|
114,68
|
129,97
|
|
Uk3=1,00
|
32,56904564
|
54,28174274
|
75,99443983
|
97,70713693
|
119,419834
|
141,1325311
|
162,8452282
|
184,5579253
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ny,
кВт
|
4,796085092
|
7,993475154
|
11,19086522
|
14,38825528
|
17,58564534
|
20,7830354
|
23,98042546
|
27,17781552
|
|
Nw,
кВт
|
0,599372138
|
2,774871007
|
7,614246044
|
16,18304771
|
29,54682649
|
48,77113282
|
74,9215172
|
109,0635301
|
|
Ny+Nw,
кВт
|
5,39545723
|
10,76834616
|
18,80511126
|
30,57130299
|
47,13247182
|
69,55416822
|
98,90194266
|
136,2413456
|
Уравнение баланса мощности могут быть выражены
через мощность двигателя Ne:
Или через мощность на колесах Nk:
где Nr - мощность, теряемая в трансмиссии; 
-
мощность, расходуемая на преодоление соответственно суммарных дорожных
сопротивлений и сопротивления воздуха; Nj - мощность, используемая для разгона.
Вначале вычисляют мощность на ведущих колесах
NK. Эту величину определяют через мощность Ne (см. табл. 3), развиваемую на
коленчатом валу двигателя, с учетом потерь в трансмиссии:
Значения мощностей 
и
рассчитывают
с использованием величин 
и 
,
взятых из табл. 4 для высшей передачи с целью обеспечения всего диапазона
скоростей движения автомобиля:
;
;
Полученные значения величин и
суммируем.
Из табл. 4 берем также значения скоростей
движения автомобиля на всех передачах, соответствующие принятым ранее величинам
частоты вращения коленчатого вала двигателя. Данные расчетов сводим в табл. 8 и
по ним строим график мощностного баланса автомобиля (рис. 9).
6. Анализ тягово-скоростных свойств автомобиля
Из внешней скоростной характеристики двигателя
определим значения максимального крутящего момента Меmax, частоту вращения
коленчатого вала при максимальном крутящем моменте nM и момент при максимальной
мощности МN. Полученные значения Меmax и nM сравниваются с реальными
значениями. По значениям Меmax и МN можно вычислить коэффициент
приспособляемости двигателя
Для двигателя ЗИЛ-4104 автомобиля ЗИЛ-4104
значение 
,
рассчитанное по формуле (2) несколько больше, что объясняется приближенностью
исходной расчетной формулы (1):
По графику силового баланса определяем
максимально возможную скорость движения автомобиля Vmax для заданных дорожных
условий (0,014). По динамической характеристике автомобиля для каждой передачи
определяют максимальное дорожное сопротивления 
,
которое может преодолеть автомобиль, критическую скорость Vкрi и максимальный
преодолеваемый продольный уклон дороги 
при
коэффициенте сопротивлению качению 
(грунтовая
дорога после дождя).
Максимальный преодолеваемый продольный уклон
дороги
Для большей наглядности полученное значение
уклона представляют в процентах.
Для автомобиля ЗИЛ-4104 перечисленные параметры
составляют:
По графику ускорений определяется максимальное
ускорение jmax для каждой передачи и оптимальные скорости перехода Vпер с одной
передачи на другую на данной дороге.
С помощью графиков времени и пути разгона для
принятого дорожного сопротивления определяют соответственно время и путь
разгона автомобиля до скорости 100 км/ч.
В приведенном примере перечисленные параметры
составляют:
Перечень ссылок
1.
Краткий автомобильный справочник / А.Н. Понизовский, Ю.М. Власко, М.Б. Ляликов
и др. - М.: АО «Трансконсалтинг», НИАТ, 1994. - 779 с.
.
Алекса Н.Н., Алексеенко В.Н., Гредескул А.Б. Теория эксплуатационных свойств
автотранспортных средств в примерах и заданиях. - Киев, 1990. - 98с.