Дослідження руху автотранспортного засобу моделі ВАЗ 2107

Дослідження руху автотранспортного засобу моделі ВАЗ 2107

Міністерство освіти і науки України

Східноукраїнський національний університет імені Володимира Даля

Кафедра «Автомобілі»

Індивідуальне завдання

з дисципліни «Теорія експлуатаційних властивостей автотранспортних засобів»

На тему: «Дослідження руху автотранспортного засобу моделі ВАЗ 2107»

Виконав: Первушин Д.В.

Перевірив: старший викладач Коваленко П.Г.

ЛУГАНСЬК 2012

Вихідні (довідкові) дані по АТЗ моделі ВАЗ 2107

У тому числі на: передню вісь, кг задню вісь (візок), кг    

556

У тому числі на: передню вісь, кг задню вісь (візок), кг    

656

Частота обертання колінчастого вала при , хв ^-1

Прийняте значення частоти обертання при _, хв ^-1n_м3000

Передаточні числа КПП на передачах: першій (нижчій) другій вищій      

,67

,10

Контрольна витрата палива, л/100км при швидкості, км/год       

7,4

Шини: діаметр ободу, мм ширина профілю, мм 

330,2

Висота АТЗ, м Ширина АТЗ, м

1,435

Автотранспортний засіб ВАЗ 2107 повністю завантажений і рухається по дорозі із твердим покриттям.

1. Потужність двигуна при частоті обертання колінчастого вала, що відповідає максимальному крутному моменту

Потужність двигуна  при відомому крутному моменті  і відповідної йому частоті обертання колінчастого валу  визначимо по формулі:

.

 116  при  3000 . Приймаючи  3000 , одержимо   .

2. Крутний момент двигуна при частоті обертання колінчастого вала, що відповідає максимальній потужності

Залежність крутного моменту M_e від потужності двигуна N_e і частоти обертання його колінчастого вала n_e має вигляд:

.

Тоді при 51,4  та = = 5400 .

.

3. Коефіцієнти пристосовуваності двигуна по крутному моменту і частоті обертання колінчастого вала

Коефіцієнти пристосовуваності двигуна по моменту  і частоті  визначимо з відношень:

 і .

З урахуванням значень параметрів, маємо:

 і  .

. Максимальну потужність двигуна при швидкості руху, яка дорівнює половині максимальної

Потужність двигуна при будь-якій швидкості руху  можна знайти по формулі:

,

де - коефіцієнти, які визначаються по формулам:

;

;

.

Так як  1.28 і 1.8, то:

;

;

.

Значення коефіцієнтів визначені вірно, якщо їхня алгебраїчна сума дорівнює одиниці, тобто:

.

Для даного двигуна .

Знаючи  _, , з урахуванням отриманих значень коефіцієнтів, визначимо потужність, що розвиває двигун при частоті обертання, що відповідає половині максимальної (по технічній характеристиці) швидкості, тобто при

  км/год.

5. Статичний радіус коліс автотранспортного засобу

Статичний радіус коліс, що приблизно дорівнює радіусу котіння, знайдемо по формулі:

,

де - діаметр ободу, мм;

- номінальна ширина профілю шини, мм;

- коефіцієнт, що враховує зминання шини під навантаженням;

,

де - висота профілю шини, мм.

Для шини автомобіля ВАЗ 2107 приймаємо

∆  і λзм =

Тоді:   .

6. Максимальне тягове зусилля на колесах на нижчій і на вищій передачах

Тягове зусилля на колесах визначається по формулі:

,

де  - передаточне число трансмісії;

- ККД трансмісії.

Передаточне число трансмісії на передачах:

нижчій - ;

вищій - .

Максимальне тягове зусилля буде дорівнювати на передачах:

нижчій - ;

вищій - .

Приймаючи 0,9 , з урахуванням значень параметрів, що входять у формули, одержимо:

  ;

 .

7. Частоту обертання колінчастого вала двигуна при швидкості, яка дорівнює половині максимальної на вищій передачі

Залежність між частотою обертання колінчастого вала двигуна  і швидкістю руху АТЗ  з механічною трансмісією має вигляд:

,

де - радіус коліс, мм;

- передаточне число трансмісії.

При русі на вищій передачі (тобто при ) зі швидкістю, яка дорівнює половині максимальної частоту обертання колінчастого вала можна визначити так:

.

Так як  150 км/год, =3,198,  = 0,265 м, то:

  .

8. Швидкість руху автотранспортного засобу при максимальному тяговому зусиллі на колесах на нижчій і вищій передачах

Швидкість руху автотранспортного засобу з механічною трансмісією дорівнює:

.

Максимальне тягове зусилля на колесах буде при роботі двигуна на режимі найбільшого моменту, тобто при 3000 .

На нижчій передачі: = 14,313

 .

При русі на вищій передачі: = 3,198

 .

Приблизно лобова площа АТЗ може бути визначена з виразу:

,

де  - коефіцієнт заповнення площі;

і  - найбільша ширина і висота АТЗ, м.

Відповідно до технічної характеристики АТЗ, ширина = 1,680 м, а висота

=1,435 м.

При = 0,87 одержимо:

 .

. Силу й потужність повітряного опору при максимальній швидкості

двигун колінчастий автотранспортний швидкість

Сила опору повітря (при відсутності вітру) може бути визначена з виразу:

,

де - коефіцієнт обтічності, ;

 - лобова площа АТЗ, м²;

- швидкість руху, м/с.

Приймаючи = , при , одержимо:

.

Потужність дорівнює:

.

Тоді

 .

11. Значення коефіцієнта опору коченню при максимальній швидкості, якщо при мінімальній він дорівнює 0,02

Одна із залежностей, що визначає зміни коефіцієнту опору коченню  від швидкості руху АТЗ , має вигляд:

,

де - коефіцієнт опору коченню при малій швидкості.

При 150 км/год і , одержимо:

 .

12. Силу і потужність дорожнього опору при максимальній швидкості на горизонтальній дорозі

Силу  і потужність  дорожнього опору при  знайдемо по формулам:

;

,

де - маса повністю завантаженого АТЗ, кг; - прискорення вільного падіння, м/с². Так як 1430 кг, а  0,0425, то:

 ;

.

13. Потужність, необхідну для подолання опору підйому порожнього і навантаженого автотранспортного засобу при його русі зі швидкістю 30 км/год по дорозі з поздовжнім ухилом 10%

Потужність, витрачену на подолання опору підйому, знайдемо по формулі:

,

де - сила опору підйому, Н;

- поздовжній ухил дороги.

При масі порожнього АТЗ 1030 кг, ухилі  та

. Тоді будемо мати:

  .

Якщо АТЗ максимально завантажено, тобто 1430 кг, то:

 .

. Максимальний динамічний фактор на нижчій і вищій передачах

Динамічний фактор - це відношення різниці сили тяги  і сили опору повітря  до ваги автомобіля

,

,

де - маса автомобіля, кг;

 - прискорення вільного падіння, м/с².

Максимальне значення динамічного фактора буде при найбільшому тяговому зусиллі.

Значення максимальних тягових зусиль на вищій і нижчій передачах були визначені в завданні №6. Вони рівні = 1259,9 Н і = 5638,8 Н.

На нижчій передачі швидкість руху мала й силу опору повітря не беремо до уваги.

Швидкість руху при максимальному тяговому зусиллі на колесах на вищій передачі визначена в завданні №8. Вона дорівнює  93,7 км/год.

При цій швидкості:

 .

Значення максимального динамічного фактора будуть рівні на передачах:

нижчій -  ;

вищій - .

15. Максимальний затяжний підйом, який може подолати АТЗ на нижчій передачі при коефіцієнті опору коченню рівному 0,02

Подолання максимального затяжного підйому можливо при роботі двигуна на режимі максимального крутного моменту й русі без сповільнення і без прискорення.

Ухил дороги знайдемо з рівняння силового балансу в безрозмірній формі при рівномірному русі:

,

де  - коефіцієнт сумарного дорожнього опору.

Звідки , a .

Як було визначено в попередньому завданні, максимальний динамічний фактор на нижчій передачі  0,40 . Тоді, при .

  ;

 .

. Максимальне прискорення при розгоні на нижчій і вищій передачах, якщо коефіцієнт сумарного дорожнього опору дорівнює 0,02

Прискорення АТЗ визначимо з рівняння силового балансу в безрозмірній формі:

де _.- коефіцієнт, що враховує вплив обертових мас.

Звідки , а .

Максимальні значення динамічного фактора на нижчій  та вищій  передачах визначені в завданні №14 (= 0,40 ,  = 0,055 ).

Коефіцієнт врахування обертових мас δ_вр можна визначити по формулі:

,

де - передаточне число КПП на i-тій передачі.

Так як  3,67 , а  0,82, то при  одержимо на передачах:

нижчій -  ;

 .

вищій -  ;

 .

17. Силу інерції при розгоні на другій передачі, якщо прискорення дорівнює 0,3 м/с²

Сила інерції, що діє на АТЗ, визначається по формулі:

.

Коефіцієнт врахування обертових мас на другій передачі при 2,1 буде дорівнювати:

,

Тоді при 1430 кг і  м/с²

 .

18. Зміну коефіцієнту врахування обертових мас автотранспортного засобу зі збільшенням його завантаження від нуля до максимального, при розгоні на другій передачі

Коефіцієнт врахування обертових мас залежить від ступеня завантаження АТЗ. Формула для його визначення має вигляд:

,

де - маса АТЗ із повним завантаженням, кг;

- фактична маса АТЗ, кг.

Коефіцієнт врахування обертових мас при розгоні на другій передачі для повністю завантаженого АТЗ був визначений у попередньому завданні.

Він дорівнює 1,26 . При = 1430 ,1030 кг і = 2,1, будемо мати:

.

Зі збільшенням завантаження від нуля до максимального, коефіцієнт, що враховує вплив обертових мас, зменшується.

19. На скільки зміниться (у літрах і відсотках) контрольна витрата палива, якщо його щільність зменшиться на 5%

Шляхову витрату палива, а значить і контрольну (при заданій швидкості) можна розрахувати по формулі:

,

де - питома витрата палива, г/кВт·год;

 і - потужності, затрачувані на подолання опору дороги і повітря, кВт.

- швидкість руху АТЗ, км/год;

- щільність палива, кг/л;

- ККД трансмісії.

Контрольна витрата палива для автомобіля ВАЗ 2107 при швидкості 90 км/год установлена 7,4 л на 100км.

Позначивши , при цілком певній щільності палива будемо мати: 7,4 , а 7,4.

Якщо щільність палива зменшиться на 5%, то:

 .

Отже, витрата палива збільшиться на 0,4 л/100 км, що становить 5,4 %.

. На скільки зміниться (у літрах і відсотках) контрольна витрата палива, якщо стан трансмісії погіршився і її ККД зменшився на 20%

Контрольна витрата палива автомобіля ВАЗ 2107 при швидкості 90 км/год дорівнює 7,4 л/100км.

Формула для визначення шляхової витрати палива має вигляд:

,

де - питома витрата палива, г/кВт год;

 і - потужності, затрачувані на подолання опору дороги і повітря, кВт.

- швидкість руху АТЗ, км/год;

- щільність палива, кг/л;

- ККД трансмісії.

Позначивши , при певних умовах руху, будемо мати:  7,4.

Звідки .

Якщо технічний стан трансмісії погіршився і її ККД зменшився на 20% то: 0,8.

Тоді

.

Отже, витрата палива збільшиться на 1,85 л/100 км, або на 25 %.

21. Чи можливий рух АТЗ на підйом з кутом нахилу дороги 20⁰ і коефіцієнтом опору коченню 0,02 при коефіцієнті подовжнього зчеплення, що дорівнює 0,3

Умову можливості руху АТЗ можна виразити в такий спосіб:

,

де  - тягове зусилля на ведучих колесах_, Н;

- сила зчеплення ведучих коліс із опорною поверхнею, Н;

 -сила опору дороги, Н.

;

,

де - маса, що приходиться на ведучі колеса автомобіля, кг;

 - прискорення вільного падіння, м/с²;

- коефіцієнт подовжнього зчеплення;

- повна маса автомобіля, кг;

- коефіцієнт сумарного дорожнього опору.

,

де - коефіцієнт опору коченню;

За умовою завдання , а . Тоді маємо:

; .

Повна маса автомобіля ВАЗ 2107 дорівнює 1430 кг. На ведучі колеса приходиться 774 кг. Тоді, при , будемо мати:

;

.

Сила дорожнього опору  перевищує силу зчеплення  ведучих коліс із дорогою. Отже рух неможливий .

22. Яким повинне бути передаточне число головної передачі, щоб АТЗ розвивав швидкість на 20% більше максимальної

Передаточне число головної передачі U₀ призначається з умови забезпечення максимальної швидкості руху АТЗ V_max на вищих передачах КПП і додаткової коробки (якщо вона є).

,

де - максимальна частота обертання колінчастого вала двигуна, хв^-1; - радіус коліс, м;

 і - передаточні числа КПП і додаткової коробки на вищих передачах.

Відповідно до технічної характеристики автомобіля ВАЗ 2107 максимальна швидкість  дорівнює 150 км/год, а передаточне число головної передачі  становить 3,9.

З цього слідує:

.

Позначивши , одержимо:

.

Знайдемо  для км/год:

.

Для збільшення максимальної швидкості руху АТЗ передаточне число головної передачі повинне бути зменшено.

. Максимальні коефіцієнти подовжнього зчеплення шин з дорогою при русі порожнього й повністю навантаженого АТЗ на нижчій передачі і роботі двигуна на режимі максимального крутного моменту

Шини автомобіля будуть на грані проковзування за умови рівності тягового зусилля  з силами зчеплення , тобто при  _.

При русі на нижчій передачі й роботі двигуна на режимі максимального крутного моменту, на ведучих колесах діє тягова сила ,яка дорівнює 5638,8 .

Сили зчеплення шин ведучих коліс із дорогою можна знайти по формулам для автомобіля ВАЗ 2107:

порожнього - ;

повністю навантаженого - ,

де й  - маси, які приходяться на ведучі колеса у порожнього і повністю навантаженого автомобіля, кг;

- коефіцієнти подовжнього зчеплення, які треба знайти.

Відповідно до технічної характеристики автомобіля :

= 474 кг; = 774 кг.

Мінімальні коефіцієнти подовжнього зчеплення шин з дорогою повинні бути рівні для АТЗ:

порожнього - ;

повністю навантаженого - .

24. Який максимальний опор руху може подолати АТЗ на другій передачі

Максимальний опор руху автомобіля, що може подолати АТЗ при достатнім зчепленні його ведучих коліс із дорогою, визначається максимальним тяговим зусиллям.

Максимальне тягове зусилля на другій передачі  знайдемо по формулі:

,

де  - передаточне число КПП на другій передачі.

Приймаючи  0,9 на підставі даних технічної характеристики автомобіля, одержимо:

  Н.

25. Суму сил на колесах АТЗ при його екстреному гальмуванні на дорозі з коефіцієнтом подовжнього зчеплення, рівному 0,4

Сума сил на колесах при екстреному гальмуванні АТЗ зі справною гальмівною системою буде дорівнювати сумі сил зчеплення шин з дорогою:

.

Так як 1430 кг і =0,4, маємо:

  Н .

26. Гальмівний і зупинний шлях при екстреному гальмуванні АТЗ з максимальної швидкості, якщо коефіцієнт подовжнього зчеплення дорівнює 0,7

Гальмівний і зупинний шлях визначимо по формулах:

_;

_,

де - швидкість на початку гальмування, м/с; - час реакції водія, с; - час спрацьовування привода, с;  - час наростання сповільнення, с;

- коефіцієнт подовжнього зчеплення;

- прискорення вільного падіння, м/с²;

 - коефіцієнт ефективності гальмування, що враховує ступінь використання теоретично можливої ефективності гальмівної системи.

Максимальна швидкість руху, з якої починається гальмування , становить 150 км/год, або 41,6 м/с.

Час реакції водія може дорівнювати від 0,6 до 1,4 с.

Час спрацьовування (запізнювання) гальмівного приводу  для транспортних засобів різних категорій при експертних розрахунках приймають рівним від 0,2 до 0,4 с.

Час наростання сповільнення (від нуля до максимального значення) при експертизі дорожньо-транспортних пригод приймають від 0,3 до 0,7 с.

Значення коефіцієнта ефективності гальмування  у середньому для легкових автомобілів дорівнює 1,1...1,2, а для вантажних автомобілів і автобусів 1,4...1,6.

Приймаючи мінімальні значення параметрів, що входять у формули для визначення гальмівного і зупинного шляху, при =0,7 одержимо:

= ;

= .

При максимальних величинах параметрів будемо мати:

=  ;

= .

Таким чином, гальмівний шлях може бути в межах від 153 до 181 м, а зупинний - від 173 до 240 м.

27. Поперечну складову відцентрової сили при русі АТЗ із максимальною швидкістю і середнім кутом повороту керованих коліс три градуси

Поперечна складова сили інерції визначається по формулі:

,

де - маса автомобіля, кг; - швидкість руху автомобіля, м/с;

- база автомобіля, м;

- середній кут повороту керованих коліс, град.

1430 кг; 150 км/год. 41,6 м/с; 2,424 м.

 Н.

28. Як зміниться критична швидкість АТЗ за умовами перекидання, якщо після його завантаження висота центра мас збільшилася в 1,5 рази

Критична швидкість автомобіля за умовами перекидання визначається по формулі:

,

де - колія коліс, м;

- прискорення вільного падіння, м/с²;

- база автомобіля, м;

- середній кут повороту керованих коліс, град;

- висота центра мас автомобіля, м.

Тому що початкова висота центра мас не задана, завдання вирішимо в загальному виді.

Після завантаження АТЗ . Тоді будемо мати:

.

Зі збільшенням висоти центра мас автомобіля на 50% критична швидкість зменшиться і складе приблизно 0,82 від первісної швидкості.

29. Критичну швидкість АТС за умовами ковзання, якщо радіус повороту 10 м, а коефіцієнт поперечного зчеплення становить 0,4

Критична швидкість АТЗ за умовами ковзання може бути знайдена по формулі:

,

де  - радіус повороту, м;

 - прискорення вільного падіння, м/с²;

- коефіцієнт поперечного зчеплення шин з дорогою.

.

30. Зміну коефіцієнта опору відведенню шин передніх коліс при зменшенні внутрішнього тиску повітря в них на 30%

Коефіцієнт опору відведенню шин можна визначити по формулі:

,

де  - відповідно діаметр обіду і ширина шини, м;

 - внутрішній тиск повітря в шині, кПа;

 - поправочний коефіцієнт (для вантажних автомобілів і автобусів

=1.0; для легкових - =1.5).

На автомобілі ВАЗ 2107 установлені шини у яких:

330,2мм = 0.33 м, 175 мм= 0,175 м.

Для шин переднього мосту норма тиску повітря дорівнює 180 кПа.

Коефіцієнт опору відведенню шин переднього мосту дорівнює:

  ,

 ,

або   137,7 .

При зменшенні тиску повітря в шинах коліс переднього мосту на 30%, тобто з 180 до 126 кПа, коефіцієнт опору відведенню складе:

 ,

  ,

або    110,8 .

31. АТЗ стоїть на горизонтальній площадці. Визначити відстань від проекції центра мас на опорну поверхню до переднього і заднього мостів при порожньому і максимально рівномірно завантаженому АТЗ

Відстані від проекції центра мас АТЗ на опорну поверхню до переднього  і заднього  мостів будуть пропорційні масам, що припадають на задні  і передні  колеса:

; ,

де - маса АТЗ, кг;

- база АТЗ, м.

База даного автомобіля дорівнює 2,424 м.

При повній масі АТЗ 1430 кг на передні колеса припадає  =656 кг, а на задні = 774 кг.

Тоді: ;

.

Власна маса автомобіля = 1030 кг. Вона розподілена на передню вісь - = 556 кг, а на задню - = 474 кг. У цьому випадку:

;

.

Так як  і  , то відстані від центру мас до переднього і заднього мостів знайдені вірно.