Определение максимальной мощности автомобильного двигателя

Определение максимальной мощности автомобильного двигателя

ВВЕДЕНИЕ

Задача транспорта полное удовлетворение потребностей народного хозяйства и населения в перевозках, повышение экономической эффективности его работы. Основная роль в решении транспортной проблемы принадлежит автомобильному транспорту общего пользования.

Для повышения эффективности транспорта необходимо ускорять создание и внедрение передовой техники и технологии, повышать производительность труда и интенсивность использования подвижного состава. Одновременно надо повышать безопасность движения, снижать отрицательное воздействие транспорта на окружающую среду.

Современный этап развития теории эксплуатационных свойств характеризуется углубленным изучением отдельных особенностей, оценкой их в комплексе и оптимизацией технических параметров. Это позволяет на стадии проектирования автомобиля создавать наиболее рациональные конструкции, а при использовании обеспечить максимальную эффективность их применения в конкретных условиях эксплуатации.

Эксплуатационные свойства автомобиля включают следующие более мелкие групповые свойства, обеспечивающие движение: тягово-скоростные и тормозные свойства, топливную экономичность, управляемость, устойчивость, маневренность, плавность хода и проходимость.

Под тягово-скоростными свойствами понимается совокупность свойств, определяющих возможные диапазоны изменения скоростей движения по характеристикам двигателя или сцепления ведущих колес с дорогой и предельные интенсивности разгона автомобиля при его работе на тяговом режиме в различных дорожных условиях.

Топливная экономичность автомобиля характеризует его свойство рационально использовать энергию сжигаемого топлива. Чем меньше расход топлива, тем дешевле эксплуатация автомобиля.

Курсовой проект выполняется с целью углубления теоретических знаний, полученных при изучении курса «Техника транспорта, обслуживание и ремонт». Основными задачами работы являются приобретение навыков практического использования теоретических знаний для оценки эксплуатационных показателей автомобилей, в частности, тягово-скоростных свойств.

Курсовой проект содержит расчет тягово-скоростных и топливно-экономических свойств автомобиля Ford Transit. Выполняемые расчеты носят проверочный характер, т.е. их содержанием является оценка эксплуатационных показателей не вновь создаваемых, а реально существующих автомобилей, позволяя оценить, в какой мере его конструкция соответствует требованиям эксплуатации.

. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАКСИМАЛЬНОЙ МОЩНОСТИ АВТОМОБИЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ

Максимальная мощность, кВт, автомобильного двигателя определяется по зависимости

где-коэффициент сопротивления качению при данной скорости движения автомобиля; -коэффициент обтекаемости;

Для определения  применяют эмпирическое выражение следующего вида

, (1.2)

Где f0=0,015- коэффициент сопротивления качению при движении автомобиля при малых скоростях (из задания); =м/с.

-коэффициент обтекаемости;(из таблицы 1.2)

 - вес автомобиля;

 - максимальная скорость автомобиля на высшей передаче;

F -лобовая площадь автомобиля определяется по формуле, м2;

, (1.3)

где a- коэффициент заполнения площади, зависит от дорожного просвета и параметров подвески, принять a=0,8; В=1,97 м - ширина колеи передних колес; H=2,62 м - высота автомобиля; ηmp=0,95 - КПД трансмиссии автомобиля. Значения КПД зависят oт конструктивных, технологических и эксплуатационных факторов, указан в задании.

 .

2. РАСЧЁТ И ПОСТРОЕНИЕ ВНЕШНЕЙ СКОРОСТНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ АВТОМОБИЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ

Динамические, скоростные и экономические показатели автомобилей неразрывно связаны с возможностями установленных на них двигателей. Наиболее полно возможности двигателя отображает его внешняя скоростная характеристика, представляющая собой зависимость мощности, крутящего момента и удельною расхода топлива от частоты вращения коленчатого вала двигателя при полной подаче топлива. Таким образом, внешняя скоростная характеристика автомобильного двигателя может быть представлена тремя кривыми

 , (2.1)

где  текущее значение эффективной мощности при максимальной подаче топлива, кВт; крутящий момент двигателя на том же режиме, Н; удельный эффективный расход топлива на том же режиме, г/(кВт; текущая частота вращения коленчатого вала двигателя, .

Угловая скорость коленчатого вала  на номинальном режиме при

где  частота вращения коленчатого вала двигателя (об/мин), указанная в задании.

=

==79693,36Вт

Минимальная минимальная угловая скорость вращения коленчатого вала определяется по формуле,:

Для дальнейшего построения промежуточных значений мощности диапазон частот от  до

,

где n=10-количество точек.

, (2.2)

=12216,992

где  максимальная эффективная мощность двигателя, Вт;, b, c - эмпирические коэффициенты, для карбюраторного двигателя равные: a=0,53; b=1,56; c=1,09

Кривая зависимости крутящего момента на валу двигателя от его частоты вращения строится с использованием уравнения:

Зависимость удельного расхода топлива двигателем с достаточной для расчетов точностью определяется выражением:

, (2.4)

где  удельный эффективный расход топлива при номинальной мощности, заданный в исходных данных,,

коэффициент, учитывающий влияние частоты вращения коленчатого вала на удельный расход топлива, среднее значение которого определяется по формуле:

 (2.5)

где для всех типов двигателей

Аналогично рассчитываю и для других частот вращения коленчатого вала , для удобства итоги расчётов сводим в таблицу 1.:Затем по данным указанной таблицы строим график внешней скоростной характеристики двигателя. Данный график так же приводится в графической части курсового проекта

Таблица 1.Расчет внешней скоростной характеристики двигателя

Рисунок 1. Внешняя скоростная характеристика двигателя

. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КИНЕМАТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ТРАНСМИССИИ

Тяговая характеристика автомобиля представляет собой зависимость силы тяги на ведущих колесах автомобиля от скорости его движения на всех передачах, т.е.

где  сила тяги на k-й передаче при i-ом значении вращающего момента двигателя  определяется по уравнению;скорость движения автомобиля;передаточное число k-й передачи коробки передач.

Сила тяги , кН, на ведущих колесах определяется из уравнения:

Здесь радиус качения колеса.

Аналогично рассчитываем для других значений вращающегося момента двигателя и остальных передач. Итоги расчетов сводим в таблицу 3.

Передаточное число главной передачи определяется по формуле:

где  минимальное передаточное число коробки передач.

Передаточное число первой передачи находится исходя из трех условий :

f0=0,015- коэффициент сопротивления качению при движении автомобиля при малых скоростях (из задания);

 из таблицы 1.

).Найденное, число  проверяем по условию сцепления ведущих колес с дорогой:

, (3.5)

где

 коэффициент сцепления,

=, (3.7)

==1,268

Принимаем4,2045

Передаточные числа промежуточных ступеней определяются из условия:

 , (3.8)

где  число ступеней передач коробки, не считая передачу заднего хода, из задания;  порядковый номер рассчитываемой передачи; значение передаточного числа высшей передачи.

.

Аналогично рассчитываем и для других передач. Результаты вычислений заносим в таблицу передаточных чисел.

Таблица 2. Передаточные числа

4. РАСЧЕТ И ПОСТРОЕНИЕ ТЯГОВОЙ, ДИНАМИЧЕСКОЙ ХАРАКТЕРИСТИК АТС.

Значения динамического фактора определяются для выбранных скоростей АТС на всех передачах по зависимости

где  сила сопротивления воздуху рассчитывается по формуле:

где  скорость движения АТС при частоте вращения коленчатого вала двигателя на k-й передаче, определяется по формуле:

здесь  выбирается из таблицы 1.

, (4.5)

Аналогично рассчитываем для других значений вращающегося момента двигателя и остальных передач. Итоги расчетов сводим в таблицу 3.

Числовые значения возможных ускорений АТС на i-й передаче определяют по зависимости:

 м/

гдекоэффициент сопротивления качению колес АТС при i-ом значении скорости

=0,015)=0,015

 ускорение свободного падения;коэффициент учета вращающихся масс, определяемый по зависимости для различных передач

 (4.8)

Аналогично проводим расчеты для других значений вращающегося момента двигателя и остальных передач. Итоги расчетов сводим в таблицу 3.По данным табл. 3 строим тяговую, динамическую характеристики и график ускорений автомобиля. Так же приводим данные графики в графической части курсового проекта.

Таблица 3. Расчет тяговой, динамической характеристик

Рисунок 2. Тяговая, динамическая характеристики (б, в) и график ускорений (а) проектируемого автомобиля

5. ПОСТРОЕНИЕ МОЩНОСТНОГО БАЛАНСА АТС

При установившемся движении автомобиля по горизонтальному участку дороги подводимая к его колесам мощность расходуется на преодоление сопротивления дороги() и сопротивления воздуха (). Уравнение мощностного баланса автомобиля без прицепа при движении на горизонтальном участке дороги без ускорений имеет вид:

, (5.1)

=2,9+835,044=837,944Вт.

Величина мощности , подводимой к колесам , определяется формулой

где -мощность двигателя при соответствующей частоте вращения коленчатого вала , Вт.

Для определения мощности, затрачиваемой на преодоление сопротивления воздуха, используем ранее примененное выражение и данные

=0,4=2,8976Вт

где -коэффициент обтекаемости;лобовая площадь автомобиля.

Так же используя ранее изученную нами формулу расчитываем мощность, затрачиваемую на качение колеса при движении автомобиля с максимальной скоростью , используя формулу:

, (5.4)

=46148,2

где  - вес автомобиля;-коэффициент сопротивления качению при данной скорости движения автомобиля

Аналогично расчитываем значения мощности на других передачах КПП и вносим их в таблицу4. По данным таблицы 4 строим график мощностного баланса, который так же находится в графической части курсового проекта.

Таблица 4. Расчет мощностного баланса АТС

Рисунок 3. Мощностной баланс АТС.

. ПОСТРОЕНИЕ ГРАФИКОВ ВРЕМЕНИ И ПУТИ РАЗГОНА АТС

График времени  и пути разгона  АТС строят на основании графика ускорений АТС графоаналитическим методом.

Время и путь разгона АТС определяем до 60 км/ч =16.6 м/с

Время разгона АТС для каждого интервала скоростей определяют по формуле

.

Аналогично время разгона рассчитываем для других интервалов скоростей.

Суммарное время и суммарный путь разгона АТС до скорости V, (i-го интервала) определяют суммированием времени и пути разгона на всех предыдущих интервалах скорости

, (6.3)

Итоги расчетов сводим в таблицу 5.По данным вышеуказанной таблицы строим графики времени и пути разгона автомобиля, которые также приведены в графической части курсового проекта.

Таблица 5.Расчеты для построения графиков времени и пути разгона АТС.

Рисунок 4. График времени и пути разгона автомобиля

. ПОСТРАЕНИЕ ТОПЛИВНО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ АТС

Расход топлива определяется по формуле

где   плотность топлива для дизеля;  (из табл. 3);

 сила аэродинамического сопротивления движению АТС,;

 коэффициент, учитывающий изменение  в зависимости от степени использования мощности двигателя И. Коэффициент  определяют по формуле

Где для дизельных двигателей

Степень использования мощности двигателя И при движении АТС на k-й передаче определяют как отношение

,

где ==784,5194Н-сила сопротивления дороги ,Н

∆=, (7.3)

∆=(0,0582-0,017)/4=0,0103,

==0,017,

=+∆=0,0273.

Аналогично рассчитываем остальные коэффициенты дорожного сопротивления.

Рассчитав, необходимые данные определяем расход топлива для первого передаточного числа:

=

Далее таким же образом определяем расход топлива для остальных передаточных чисел и заносим получившиеся данные в таблицу 6. По данным таблицы 6 строим график топливно-экономической характеристики автомобиля. Выше указанный график так же содержится в графической части курсового проекта.

Таблица 6. Расчеты для построения топливно-экономической характеристики автомобиля

Рисунок 5. Топливно-экономическая характеристика АТС

8. Анализ полученных результатов и вывод

Ford Transit автобус малого класса. Имеет привод на задние колёса. Автобус предназначен для эксплуатации по дорогам со всеми видами покрытия.

В результате тягово-динамического расчёта получили, что максимальная мощность автомобильного двигателя равна  которая отличается от прототипа на 13 кВт ; максимальный крутящий момент по расчёту а у прототипа;максимальная скорость V=115км/ч такая же, как и у прототипа =115км/ч . Расход топлива 7,23 л/100 км при факторе сопротивления дороги равном 0,07 и скорости движения 115 км/ч. Разница с проектируемым автомобилем составляет 0,77л/100км (8л/100км), это объясняется погрешностью вычислений . Сравнив полученные характеристики с характеристиками прототипа Ford Transit, были допущены расхождения с прототипом, но они не приводят к значительным ошибкам в расчете тягово-скоростных и топливо-экономических характеристик двигателя, можно сделать вывод, что расчеты были проведены верно.

двигатель скоростной топливный автомобиль

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1)      Расчет тягово-скоростных свойств, топливной экономичности и основных узлов автотранспортных средств : учеб.-метод. пособие к курсовому проекту по дисциплине "Автомобили" [для студ. очного и заочного обчения по спец. 1906.01 "Автомобили и автомобильное хозяйтво" и 1907.02 "Организация и безопасность движения"] / Брагинец В.А., Яркин Е.К., Тамадаев В.Г. - Новочеркасск : ЮРГТУ, 2009

)        Краткий автомобильный справочник. НИИАТ. Венгеров И.А., Дементьев Ю.В., КладкоА.С., Комаров В.В., Рошаль Л.Я. ИПЦ "Финпол" Москва 2002 г.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Варианты планировки салона: городского автобуса Ford Transit(15 посадочных места) пригородного автобуса Ford Transit(18 и 19 посадочных мест)1 вариант

Варианты планировки салона: городского автобуса Ford Transit(15 посадочных места) пригородного автобуса Ford Transit(18 и 19 посадочных мест) 2 вариант