Визначення експлуатаційних властивостей автотранспортного засобу

Визначення експлуатаційних властивостей автотранспортного засобу

Вступ

Перед автомобільною промисловістю, поставлено завдання, зумовити збільшення та покращення структури виробництва автомобілів, найбільш повно відповідаючи вимогам народного господарства та економії паливно-енергетичних ресурсів. Головні завдання транспорту - своєчасне, якісне та повне забезпечення вимог народного господарства та населення в перевезенні, підвищення економічної ефективності праці.

Головними показниками є висока продуктивність, економічність, надійність, невелика споряджена маса, мінімальна металоємкість ремонтопридатність, автоматизація керування автомобілем, простота і безпека обслуговування.

Високі вимоги висуваються до конструкції автомобілів по забезпеченню зниження рівня шуму і вібрацій, активної та пасивної безпеки, охорони навколишнього середовища. Для забезпечення цих вимог у конструкції автомобіля широке застосування знаходять електронні системи керування автомобілем.

У теперішній час широко використовують електроні системи проти буксування коліс, системи керування в приском палива і запалюванням, а також для керування гальмами, що забезпечує підвищення ефективності гальмування і стійкості автомобіля під час гальмування.

Забезпечити правильний вибір рухомого складу, а також організовувати якісне технічне обслуговування і ремонт сучасних конструкцій автомобілів під силу інженерам, які знають експлуатаційні властивості автотранспортних засобів, їх конструкцією, ремонт і експлуатацію. Даний курсовий проект направлений на визначення експлуатаційних властивостей АТЗ у конкретних умовах експлуатації, а також їх аналізу і порівняння з експлуатаційними властивостями автомобілів-прототипів.

При проектуванні інженеру необхідно знати, які властивості необхідно АТЗ, з найбільшою ефективністю. Інженер з організації руху повинен знати, які властивості мають АТЗ на дорогах різних категорій з тим, щоб зменшити імовірність виникнення дорожньо-транспортних пригод.

двигун трансмісія швидкісний автомобіль

1.  
Підготовка початкових даних для розрахунку і аналізу

Відповідно до завдання для розрахунку обрано КамАЗ - 53212 (Варіант 17).

КамАЗ - 53212 - це бортовий тягач з колісною формулою 64, що випускався Камським автомобільним заводом з 1979 по 2002 роки. Призначений для роботи переважно з причепами. Кузов - металева платформа з відкидними бічними і заднім бортами. Настил підлоги - дерев'яний, передбачена установка тенту. Кабіна - тримісна (відкидається вперед) з шумо- і термоізоляцією, із спальним місцем.

На ньому встановлено V-подібний, 8 циліндровий дизельний двигун моделі КамАЗ 740. КПП - механічна п’яти ступінчата з дільником.

Автомобілем для порівняння може виступити КамАЗ - 5325, що є найближчим за модельним рядом і схожий за своїми технічними характеристиками. Інші данні необхідні для тягово-динамічного розрахунку наведені у таблиці .

Вихідні дані до проектувального розрахунку

.     Визначення потрібної потужності двигуна

Вибір кутових швидкостей обертання колінчатого вала двигуна

Потужність двигуна, яка необхідна для рівномірного руху повністю завантаженого АТЗ, визначається з умови його рівномірного руху з максимальною швидкістю на рівній горизонтальній дільниці асфальтобетонного шосе. При цьому його потужність опору повітряного середовища.

Потужність опору кочення:

де - повна вага автомобіля, Н;

- максимальна швидкість руху АТЗ, що розраховується, м/с;

- коефіцієнт опору кочення, що відповідає максимальній

швидкості руху, визначається за емпіричною залежністю:

де f0-початковой коефіцієнт опору кочення.

Потужність опору повітряного середовища:

= =  54,791 кВт,

деК - коефіцієнт обтічності, Нс2/м4

Площа лобового опору для вантажних автомобілів:

2,026 3,65 = 7,3м²

де  - колія автомобіля, м;

 - габаритна висота автомобіля, м.

Якщо відомий чинник обтічності, то потужність опору повітряного середовища може бути знайдена за чинником обтічності

.

Потужність двигуна при максимальній швидкості руху:

 = (+ ) = (76,873 + 54,791) = 164,58 кВт,

де  - коефіцієнт корисної дії трансмісії.

Кутову швидкість обертання колінчастого вала двигуна, при максимальній потужності розрахункового автомобіля, приймаємо за довідковими даними автомобіля - прототипу: =273рад/с

Максимальна кутова швидкість обертання колінчастого вала двигуна, відповідна максимальній швидкості руху автомобіля, приймаємо залежно від прийнятого відношення/,що обране залежно від призначення і типу двигуна, для даного автомобіля:  /=1,0

Приймаємо мінімальне значення кутової швидкості обертання колінчастого вала двигуна, залежно від кутової швидкості обертання колінчастого вала при :  = 60 рад/с.

. Розрахунок, побудова і аналіз зовнішньої швидкості характеристики двигуна

Максимальна потужність двигуна визначається за емпіричною залежністю.

Максимальна потужність двигуна, за емпіричною залежністю:

 = = 164,58 кВт,

де А = 0,87, В = 1,13, С = 1,0 - емпіричні коефіцієнти, які залежать від типу двигуна та типу камери згорання.

Для побудови зовнішньої швидкісної характеристики вводимо в початкові данні для розрахунку на ЕОМ значення кутових швидкостей обертання колінчастого вала відповідних ωmin … ωN … ωmax , що прийняті раніше для розрахунку.

Поточне значення потужності двигуна визначаємо за формулою:

 =

= 164,58 [0,8760/273) + 1,13  (60/273)² - 1,0  (60/273)³] = 38,705кВт

де - поточне значення кутової швидкості обертання колінчастого вала двигуна, рад/с.

Аналогічно розраховуються значення …, які приведені у розрахунку на ЕОМ.

Поточне значення крутного моменту визначається за формулою:

 = () 1000= (38,705 /60)  1000 = 645,083 Нм.

Аналогічно розраховуються значення …, які приведені у розрахунку на ЕОМ.

Всі дані приведенні в роздруківки курсового проекту. За даними роздруківки отриманих на ЕОМ будуємо графік зовнішньої швидкості характеристики.

За отриманими результатами визначається питома потужність, запас крутного моменту, коефіцієнт зниження кутової швидкості обертання колінчастого вала при перевантаженнях

За отриманими результатами визначається питома потужність, запас крутного моменту, коефіцієнт зниження кутової швидкості обертання колінчатого вала при перевантаженнях. Питома потужність автотранспортного засобу визначається за формулою

 ,

де  - максимальна потужність двигуна, Вт;

 - повна вага автомобіля, Н.

Питома потужність для розрахункового автомобілю:

Вт/Н,

Питома потужність прототипу (КамАЗ - 53221):

Вт/Н,

Питома потужність автомобілю для порівняння(КамАЗ - 5325):

Вт/Н.

Запас крутного моменту являє собою відношення різниці між максимальним та номінальним крутним моментом до номінального і може буди визначений за формулою:

∙

Запас крутного моменту для розрахункового автомобілю:

,

Запас крутного моменту прототипу (КамАЗ - 53221):

,

Запас крутного моменту автомобілю для порівняння(КамАЗ - 5325):

,

Діапазон кутових швидкостей обертання коліна частого вала двигун від ωN до ωМ характеризується коефіцієнтом зниження швидкості при перевантаженнях, який визначається за формулою:

Для розрахункового автомобілю:

,

Для прототипу (КамАЗ - 53221):

,

.

По зробленим розрахункам я можу зробити висновок що до АТЗ:

1.   Питома потужність прототипу менше ніж у розрахункового АТЗ, що свідчить про те, що при однаковій базі автотранспортного засобу, можна здобути більшу потужність.

2.   Запас крутного моменту автомобіля що проектується більше ніж запас крутного моменту прототипу та АТЗ для порівняння . Границі зміни навантаження на двигун, які відповідають його стійкій роботі, тобто здатності автоматично пристосовуватися до зміни навантаження на колеса оцінюється запасом крутного моменту. Чим більше запас крутного моменту, тим більше двигун працює стійко, тобто ширше діапазон стійкої роботи двигуна.

3.       Коефіцієнт зниження кутової швидкості обертання колінчастого вала при перевантаженнях у розрахункового автомобіля більше ніж у прототипу та менше ніж у АТЗ для порівняння. Це вказує на те що пристосованість до дорожніх умов розрахункового авто гірше ніж у прототипу але краща ніж у автомобіля для порівняння.

.     Визначення передавальних чисел трансмісії

Передавальне число головної передачі визначають, виходячи з умови забезпечення максимальної швидкості руху автомобіля:

де rк- радіус кочення колеса, м;максимальна швидкість автомобіля, м/с;

 - передавальне число вищої ступені раздавальної коробки, і КПП

,

Передавальне число першого степеня визначають, виходячи з умови подолання максимального дорожнього опору, тобто Damax= ψmax:

де ψmax- максимальне значення коефіцієнта дорожнього опору(встановлюється завданням до проектування);

Мmax- максимальний крутний момент двигуна;

ηт - коефіцієнт корисної дії трансмісії;

,

Отримане значення передавального числа першої передачі перевіряють за умови включення буксування ведучих коліс, тобто Daсч>Damax:

,

де Gзч- вага, яка припадає на ведучі колеса повністю навантаженого автомобіля, Н;зч- коефіцієнт зміни радіальних реакцій на ведучих колесах автомобіля

φ - коефіцієнт зчеплення;

.

Передавальні числа проміжних ступенів КПП визначають за емпіричною залежністю.

де і1 - передавальне число першої ступенів з умови подолання ψmax;

т - порядковий номер зчеплення, що розраховується;

п - кількість передач прямого ходу без підвищувальної передачі.

;

;

,

Результати розрахунків передавальних чисел КПП і головної передачі порівнюють за даними заданого автомобіля

Висновок. Різниця між передавальними числами КПП і головної передачі обумовлена різними значеннями коефіцієнта сумарного дорожнього опору ψ. В даному випадку ψ = 0,38.

. Розрахунок і побудова динамічного паспорта АТЗ

Побудова динамічного паспорта АТЗ складається з розрахунку і побудови динамічної характеристики, номограми навантажень і графіка контролю буксування. Динамічна характеристика являє собою залежність динамічного чинника від швидкості руху на різних передачах.

Динамічний чинник автомобіля представляють як відношення різниці сили тяги і сили опору повітряного середовища до ваги автотранспортного засобу.

де Рт - тягова сила на колесах автомобіля, Н.

Рв - сила опору повітряного середовища, Н.

Нс2/м2;=

. Передача:

Динамічний фактор спорядженого автомобіля визначається за формулою:

,

де G0 - вага спорядженого АТЗ

-а передача.

.

Інші значення беремо з даних роздруківки на ЕОМ. За даними розрахунку на ЕОМ будуємо на стандартному форматі А4 динамічну характеристику.

Щоб не перераховувати значення динамічного чинника при кожній зміні навантаження, динамічну характеристику доповнюють номограмою навантажень. Для цього вісь абсцис динамічної характеристики продовжують ліворуч і на ній відкладають відрізок довільної довжини. На цей відрізок наносять шкалу навантажень в процентах; при цьому за нульове навантаження приймають крайню ліву точку шкали. Через нульову точку шкали навантажень проводять пряму, паралельну осі Da, і на неї наносять умову шкалу динамічного чинника спорядженого АТЗ.

Масштаб для умовної шкали динамічного чинника спорядженого автотранспортного засобу ао визначають за формулою

де а0 - масштаб шкали динамічного чинника з повним навантаженням.

Рівнозначні поділки шкали DoiDa з’єднують лініями.

Графік контролю буксування являє собою залежність динамічного чинника навантаження при різних значення коефіцієнта зчеплення.

Динамічний чинник по зчепленню повністю навантаженого АТЗ

де φ - коефіцієнт зчеплення;асц - вага, що припадає на ведучу вісь повністю навантаженого АТЗа - повна вага АТЗ

Коефіцієнт зчеплення розбиваємо на участки з проміжком 0,1(від 0,1…0,9).

Динамічний фактор по зчепленню спорядженого автомобіля визначається за формулою:

,

деG0зч - вага, яка припадає на ведучі колеса спорядженого автомобіля, Н;- вага спорядженого автомобіля, Н;

,

Результати розрахунків Dозч таDазч

Значення Dазч відкладають по осі Dа, а значення D0зч - по осі D0.Отримані точки з’єдную штриховою лінією, над якою вказують φ=0,1. Така ж побудова проводиться і при φ=0,2;0,3;0,4.. .0,8.

6.   Аналіз тягово-швидкісних якостей АТЗ

За отриманим динамічним паспортом АТЗ визначаємо.

1. Правильність   розрахунку передавального числа першої передачі КПП за умови подолання максимального дорожнього опору і без буксування ведучих коліс при подоланні максимального дорожнього опору.

Правильність розрахунку передавального числа першої передачі КПП визначаю порівнянням максимального динамічного чинника на першій передачі і максимального дорожнього опору, який заданий на проектування. Так як Dаmax1=ψmах=0,38; то передавальне число першої передачі КПП забезпечить подолання заданих максимальних опорів руху і таким чином необхідна умова можливості руху АТЗ Dаmax1≥ ψmах виконується. Дану умову перевіряємо на достатність(відсутність буксування ведучих коліс).Ця умова виконується, якщо Рзч≥Рд.Для цього перевіряємо умову зчеплення коліс з опорною поверхнею, i1зч ≥ і1ψmax.При цьому забезпечується умова:

;

,879∙8,003∙7,394∙0,8 ≥ 182250 ∙ 0,38 ∙ 0,49

,582 ≥ 33934,95

2. Щільність        ряду передавальних чисел КПП і правильність їх розрахунку на наявність зон перекриття стійких режимів руху АТЗ.

Для визначення правильності розрахунку передавальних чисел проміжних передач КПП за динамічною характеристикою АТЗ визначаємо зони стійких режимів роботи двигуна. В діапазоні швидкостей перекривається перша та друга передача, при швидкості, перекривається друга та третя передача, четверта та п’ята. Проміжні числа коробки передач розраховані вірно, вони перекривають зони стійких робот двигуна. Зона стійких режимів на передачі визначається можливістю

АТЗ подолати підвищені опори руху без перемикання на попередню передачу. Ця зона знаходиться в інтервалі швидкостей від максимальної до критичної.

3.   Можливість швидкості руху АТЗ з вантажем і без нього.

Можливі максимальні швидкості визначаються за графіком динамічної характеристики за умови Da≥fv.

Можлива максимальна швидкість руху АТЗ з вантажем Vmax=22,2 м/с, Da=fv=0,014 максимальна швидкість обмежена опором руху, можлива максимальна швидкість руху АТЗ без вантажу Vmax=22,2 м/с обмежена максимальною кутовою швидкістю обертання колінчастого вала двигуна.

Технічно можливі максимальні швидкості руху АТЗ і передачі, на яких можливий рух. з вантажем.

Навантажений автомобіль:

Споряджений автомобіль:

Максимальний   запас динамічного чинника на кожній передачі під час руху з критичною швидкістю повністю навантаженого та порожнього автомобіля.

Максимальний запас динамічного чинника на кожній передачі під час руху визначається за умови руху АТЗ по горизонтальній дорозі з коефіцієнтом опору коченню, що заданий на проектування, за наявністю роздруківки на ЕОМ коефіцієнт fv беремо з роздруку.

Максимальний запас динамічного чинника повністю навантаженого і порожнього АТЗ на передачах визначається за формулою;

;

;

- передача:

;

;

- передача:

;

;

- передача:

;

;

-передача:

;

;5- передача:

;

;

Можливий максимальний підйом, що долається АТЗ з вантажем і без вантажу при рівномірному русі.

Можливий максимальний підйом автомобіль долає на першій передачі основної коробки передач і на нижчій передачі в додатковій коробці або дільнику. Можливий максимальний підйом визначається за умови.

а) для автомобіля з вантажем

; 

;

б) для порожнього автомобіля:

;

Мінімальне   значення коефіцієнта зчеплення, при якому повністю навантажений і порожній автомобіль може рухатися без пробуксовки ведучих коліс при подолані максимального підйому при заданому значенні φmin

Мінімальне значення коефіцієнта зчеплення можна отримати розрахунковим шляхом:

а)для автомобіля з вантажем:

;

а задане φmin= 0,5, максимальне значення коефіцієнта зчеплення отримане розрахунковим шляхом менше0,5 , тобто автомобіль подолає можливий максимальний підйом і не буде буксування ведучих коліс;

б)для порожнього автомобіля.

;

Це значення більше φmin= 0,5, автомобіль заданий підйом через буксування ведучих коліс подолати не зможе.

. Розрахунок і побудова графіка прискорення АТЗ

Графік прискорення являє собою залежність прискорення на передачах від швидкості руху. Використовуючи розрахункові значення динамічного чинника, розрахувати и побудувати графік прискорення АТЗ на передачах.

,

деj - прискорення автомобіля, м/с2;- коефіцієнт опору кочення, відповідний швидкості руху АТЗ;прискорення вільного падіння, g = 9,8м/с2;

δ - коефіцієнт обліку маси, що обертається,

δ = 1,04 + 0,04∙

.передача

δ = 1,04 + 0,04∙  = 1,04 + 0,04∙8,0032∙ 1= 3,6

м/с2,

Аналогічно розраховуються значення j2 ÷ j12, які приведені у розрахунку на ЕОМ.

Для інших передач розрахунок проводиться аналогічно і приводиться у розрахунку на ЕОМ і будуємо графік.

8.   Розрахунок і побудова графіка часу розгону АТЗ

Розрахунок часу розгону АТЗ виконуємо графоаналітичним способом. Суть способу полягає в тому, що графіку прискорення кожній передачі виділяються інтервали швидкостей і допускається, що в кожному інтервалі АТЗ розганяється з постійним прискоренням середнім для даного інтервалу. Інтервал швидкостей на першій передачі - 0,5…0,1м/с, на проміжних передачах - 1…3м/с, на вищій передачі - 3…4м/с.

Середнє значення прискорення у вибраному інтервалі швидкостей руху АТЗ, м/с2.

сер = 0,5(j1 + j2)

де j1таj2- прискорення відповідно на початку і наприкінці інтервалу м/с2.

1. передача.сер = 0,5(0,893+0,831) = 0,912м/с2.

Усі інші розрахунки представлені у роздруку на ЕОМ

Час розгону на даній передачі визначається підсумуванням:

= ∆t1 + ∆t2 + … + tnn

де ∆t1, ∆t2, tnn - час розгону АТЗ у вибраних інтервалах.= 0,175+0,17+0,165+0,162+0,162+0,161+0,161+0,163+0,177+0,188= 2,54с.= 0,342+0,329+0,322+0,316+0,312+0,313+0,313+0,317+0,324+

+0,348+0,368= 6,6c= 1,077+1,032+1,006+0,988+0,98+0,982+0.982+0,992+1,019+1,137+

+1,207= 7,4c= 60,6c= 178,24с.- час перемикання передач, залежить від конструкції КПП і типу двигуна.= 1,0…1,5с, приймаю tnn -1,5с (для дизельного двигуна, КПП ступінчаста з синхронізаторами).

Сумарний час затрачений на перемикання передач

 = 264,4 с.

Зменшення швидкості за час перемикання передач.

де f - коефіцієнт опру кочення, відповідний швидкості руху АТЗ наприкінці розгону на даній передачі:

∆Vп2 = 9,3∙0,014∙1,5 = 0,195м/с

∆Vп3 = 9,3∙0,015∙1,5 = 0,209м/с

∆Vп4 = 9,3∙0,016∙0,3 = 0,2232м/с

∆Vп5 = 9,3∙0,018∙0,3 = 0,25м/с

Висновок: час розгону автомобіля, що проектується, до швидкості 0,9Vmax дорівнює 264,4 з урахуванням часу на перемикання передач.

9.   Розрахунок і побудова графіку шляху розгону

Використовуючи ті самі інтервали швидкостей, що і при визначенні часі розгону АТЗ, і прийнявши, що в кожному інтервалі АТЗ рухається рівномірно з середньою для даного інтервалу швидкістю, визначаємо приріст пройденого АТЗ шляху, а потім а повний шлях розгону.

Vср= 0,5(V1 + V2)

.передача.ср = 0,5∙ (0,497+2,1) = 1,3

У заданому інтервалі

∆S1 = Vср1∙∆t1, м

.передача

∆S1 =1,3∙ = 2,5м

за час розгонунаданій передачі, м

= ∆S1+∆S2+ … + ∆Sn

за час перемикання передач.

∆Sn = Vср.п∙tnn= (Vн - 4,65∙f∙ tnn)

передача: S1 = ΔS1 +....+ ΔS12 = 0,148 +...+ 0,000 = 3,994 м;

передача: S2 = ΔS1 +....+ ΔS12 = 0,555 +...+ 0,000 = 3,994 м;

передача: S3 = ΔS1 +....+ ΔS12 = 2,904 +...+ 0,000 = 80,007 м;

передача: S4 = ΔS1 +....+ ΔS12 = 19,658 +...+ 0,000 = 675,859 м;

передача: S5 = ΔS1 +....+ ΔS12 = 40,645 +...+ 0,000 = 3109,92 м.

∑ = ∆S1 +∆S2 + … + ∆Sn

SΣ = S1 + S2 + S3 + S4 + S5 = 3,994 + 14,997 + 80,007 + 675,859 + 3109,92 = 3884,777 м.

10. Розрахунок і побудова графіка потужного балансу АТЗ

Графік потужного балансу являє собою залежність потужності на колесах АТЗ від швидкості руху на різних передачах, а також потужність опору кочення і опору повітряного середовища.

Потужність, що підводиться до коліс АТЗ, кВт.

_ек = N_e∙η_т

.передача_ек = 30,964∙0,8 = 24,77 кВт.

Для інших передач аналогічна.

Потужність опору кочення, кВт.

N_к =

.передача._к = 1,268 кВт.

Потужність опору кочення.

_в= ;

.передача._в =  = 0,001кВ.

За даними розрахунку на ЕОМ будуємо графік потужного балансу АТЗ. За отриманими графіком визначаємо коефіцієнт використання потужності двигуна при максимально допустимих швидкостях згідно з правилами руху в міських умовах і за містом.

Коефіцієнт використання потужності двигуна визначається відношень-ням суми опору кочення та опору повітряного середовища до тягової потужності за зовнішньою швидкісної характеристикою двигуна при заданій швидкості руху автомобіля за формулою:

И =  ∙100%

В населених пунктах V_max = 16,67 м/с (60км/год)

И = ∙100% = 8,09%

Поза населених пунктів V_max = 22,2 м/с (85км/год)

И = ∙100% = 17,56%

Висновок:

У автомобіля, що проектується, в заданих умовах експлуатації, використання потужності двигуна є ефективною, але розглянутий показник є більшим в умовах експлуатації автомобіля поза поселеними пунктами (17,56%), ніж у населених пунктах (8,09%). Запас потужності можна використати на подолання підйомів, для інтенсивних розгонів, під час експлуатації автомобіля в біль складних дорожніх умовах.

. Розрахунок і побудова графік силового балансу АТЗ

Тягова сила на колесах автомобіля:

Рв- сила опору повітряного середовища, Н.

де W = k ∙ F - чинник обтічності, Нс2/м2,

W = 5,008 ∙ 0,49= 1,23Нс2/м2;- швидкість АТЗ, м/с.

=

. Передача:

Н

Висновок

1.   Питома потужність прототипу менше ніж у розрахункового АТЗ, що свідчить про те, що при однаковій базі автотранспортного засобу, можна здобути більшу потужність.

2.   Запас крутного моменту автомобіля що проектується більше ніж запас крутного моменту прототипу та АТЗ для порівняння. Границі зміни навантаження на двигун, які відповідають його стійкій роботі, тобто здатності автоматично пристосовуватися до зміни навантаження на колеса оцінюється запасом крутного моменту. Чим більше запас крутного моменту, тим більше двигун працює стійко, тобто ширше діапазон стійкої роботи двигуна.

3.       Коефіцієнт зниження кутової швидкості обертання колінчастого вала при перевантаженнях у розрахункового автомобіля більше ніж у прототипу та менше ніж у АТЗ для порівняння. Це вказує на те що пристосованість до дорожніх умов розрахункового авто гірше ніж у прототипу але краща ніж у автомобіля для порівняння.

Список літератури

1. Андрусенко В.И. Характеристики автомобільних и тракторных двигателей.- К.:вища шк..Д978р.

2. Бортницкий   П.И., Задорожный В.И. Тягово-скоростные качества автомобилей. -К.:Вшца пік., ,1978р.

3. С.Г.Чабан, М.О. Колесніченко. Методичні вказівки до курсової роботи з дисципліни «Теорія експлуатаційних властивостей АТЗ» - Одеса: ОДПУ, 2000р.