Определение основных параметров автомобиля

Определение основных параметров автомобиля

Сибирский государственный университет путей сообщения

Кафедра «Подъемно-транспортные, путевые, строительные и дорожные машины»

Определение основных параметров автомобиля

СОДЕРЖАНИЕ

1.Устройство машины. Разработка гидрокинематической схемы усилителя рулевого управления и кинематической схемы трансмиссии автомобиля

.Определение массы машины. выбор шин

.1Определение массы машины

.2Выбор шин

.Определение мощности ДВС. Расчет и построение внешней характеристики

.Определение передаточных чисел трансмиссии, скоростей движения, параметров проходимости

.Расчет динамической характеристики, ускорений, тормозного пути. контроль буксования

.1Построение динамической характеристики

.2Построение графика ускорений автомобиля

.3Построение графика тормозного пути

Список использованных источников

1.УСТРОЙСТВО МАШИНЫ. РАЗРАБОТКА ГИДРОКИНЕМАТИЧЕСКОЙ СХЕМЫ УСИЛИТЕЛЯ РУЛЕВОГО УПРАВЛЕНИЯ И КИНЕМАТИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ТРАНСМИССИИ АВТОМОБИЛЯ

гидрокинематический рулевой трансмиссия автомобиль

По заданному типу машины, колёсной схеме 6x6 и массе перевозимого груза выбран прототип автомобиля КамАЗ-6522.Общий вид машины представлен на рисунке 1.КамАЗ-6522- трехосный автомобиль, выпускается Камским автомобильным заводом.Кузов автомобиля - цельнометаллическаяподъемная платформа, коробчатого типа, с задним открывающимся бортом. Автомобиль снабжен гидравлической системой подъёма и опускания платформы с электропневматическим координированием из кабины водителя.Кабина трехместная, цельнометаллическая, расположена над двигателем, опрокидывается вперёд. На автомобиле КамАЗ-6522установленV-образный восьмицилиндровый четырехтактный дизельныйдвигатель с турбонаддувом маркиКамАЗ-740.51-320[1].

Трансмиссия механическая, многоступенчатая.В трансмиссии применена шестнадцатиступенчатая коробка передачZF 16S 151с делителем(половинками, 8 передач, каждая из которых делится на пониженную и повышенную)с синхронизаторами на всех передачахи механическая двухступенчатая раздаточная коробка с блокировкой межосевого дифференциала.Передаточные числа на передачах представлены в таблице 1[1].

Таблица 1 - Передаточные числа на передачах[1]

Сцепление - сухое, однодисковое диафрагменное вытяжного типа модели MFZ-430[1].

Рулевой механизм -с гидравлическим усилителем, расположенным в общем картере с рулевым механизмом; рабочая пара - винт с гайкой на циркулирующих шариках и рейка, зацепляющая с зубчатым сектором.Передаточное число рулевого механизма - 21,7[1].

Рабочая тормозная система - пневматическая, двухконтурный привод с разделением на контуры на переднюю ось и на заднюю тележку, тормозные механизмы всех колес - барабанного типа. Стояночный тормоз - привод от пружинных энергоаккумуляторов к тормозным механизмам колес задней тележки[1].

Кинематическая схема трансмиссии автомобиля КамАЗ-6522приведена в приложении на рисунке 8.

Работа рулевого управления со встроенным гидроусилителем:

Гидрокинематическая схема рулевого управления приведена в приложении на рисунке 9.

Штурвал 1 передает вращение на рулевой вал 2, установленный в шариковых подшипниках, имеющий на конце коническую передачу 3, которая передает вращающий момент и перемещение на винт 4.На винте 4 закреплена шариковая гайка 5, входящая в поршень-рейку 6. Поршень-рейка 6, которая одновременно является поршнем гидравлического усилителя и рейкой рулевого механизма, находится в зацеплении с зубчатым сектором (шестерней)7, выполненным заодно с валом сошки 8. При повороте рулевого вала 2 от штурвала 1поршень-рейка 6 через винт 4 и коническую передачу 3перемещается внутри картера рулевого механизма. Осевое перемещение поршня-рейки 6, имеющей на наружной поверхности зубья, вызывает поворот вала сошки 8, а следовательно, через продольную рулевую тягу 9, поворотный кулак 10, поперечную рулевую тягу 11, балку моста 12 осуществляется управление колесами 13. Для уменьшения трения в паре винт-гайка вместо обычной резьбы выполнены полукруглые винтовые канавки, в которые заложены шарики[1].

Картер рулевого механизма является одновременно цилиндром гидроусилителя. В гидросистему усилителя входят также лопастной насос Н, приводимый в действие от вала двигателя, бак Б, фильтр Ф, предохранительный клапан КП и распределитель Р. РаспределительР состоит совместно с корпусом рулевого механизма, в котором расположен золотник, закрепленный на валу винта 4. Золотник с валом фиксируется в нейтральном положении пружинами с двумя реактивными плунжерами каждая. Длина золотника больше длины отверстия для него в корпусе распределителя, поэтому золотник и винт могут перемещаться в осевом направлении в каждую сторону от среднего положения[1].

Принцип действия гидроусилителя: при прямолинейном движении машины золотник расположен в нейтральном положении, масло свободно перекачивается насосом Н в бак Б, поскольку нагнетательная и сливная линии соединены между собой. При повороте машины, в случае повышенного сопротивления повороту управляемых колес - на винте 4 возникает реактивное осевое усилие, сдвигающее винт. Вместе с винтом 4 сдвигается золотник, преодолевая при этом усилие пружин, действующих на реактивные плунжеры. Это усилие передается на штурвал 1. При этом одна из внутренних полостей цилиндра отключается, а в другую увеличивается подача масла. Давление масла в этой полости возрастает, и поршень-рейка 6, перемещаясь, поворачивает зубчатый сектор (шестерню) 7 и вал рулевой сошки 8 и через рулевой привод - колеса машины. При прекращении поворота золотникР под действием реактивных плунжеров возвращается в нейтральное положение, и действие гидроусилителя прекращается, этим обеспечивается следящее действие гидроусилителя[1].

«Чувство дороги» обеспечивается подводом реактивного давления под торцы золотника (или реактивные плунжеры).

В случае отказа гидроусилителя, безопасность управления сохраняется, но требуется большее усилие т.к. приходится вручную перемещать корпус распределителя проходя систему рычагов без помощи давления создаваемого насосом(механическая система рулевого управления).

Рисунок 1 - Общий вид автомобиля КамАЗ-6522

.ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАССЫ МАШИНЫ. ВЫБОР ШИН

2.1Определение массы машины

Цель расчета: определить массу машины.

Исходные данные: грузоподъемность автомобиля =13500 кг.

Полная масса автомобиля ,кг[2]:

,(1)

где  - грузоподъемность автомобиля, кг (=13500 кг); -коэффициент учитывающий снаряжение автомобиля; - масса пассажира, кг ();  - число пассажиров,

, (2)

где  - коэффициент использования массы, =2,2[2, приложение Б];

кг.

2.2Выбор шин

Цель расчета: рассчитать наибольшую массу, приходящуюся на каждое колесо и подобрать шину.

Исходные данные: полная масса автомобиля ma = 19882,5 кг.

Шины выбираются по нагрузке на наиболее нагруженное колесо по ГОСТ 5513-97. Как правило, нагружают больше ведущий мост с целью увеличения сцепления с дорогой. У грузовых автомобилей с колесной схемой 6x6при полном использовании грузоподъемности на переднюю ось приходится около 30% нагрузки. На задних осях автомобиля обычно монтируют по две шины, каждая из которых может испытывать примерно такую же нагрузку, как и шина переднего колеса. Все колеса автомобиля по конструкции почти всегда одинаковы и взаимозаменяемы. Отличие может быть только во внутреннем давлении в шинах. [2]

Произведена развесовка подобно прототипу, масса, приходящаяся на передний мост -30% (5964,8 кг), на задний -70% (13917,8кг).

Масса, приходящаяся на каждое колесо заднего мостаmкз1, кг[2]:

,(3)

где - масса, приходящаяся на задний (наиболее нагруженный) мост, кг.

Исходя из наибольшей нагрузки на каждое колесо по ГОСТ 5513-97 приняты шины 12,00R24.

Характеристики шины приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Основные параметры шины

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЩНОСТИ ДВС. РАСЧЕТ И ПОСТРОЕНИЕ ВНЕШНЕЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Цель расчета: определить мощность ДВС, рассчитать и построить внешнюю характеристику ДВС.

Исходные данные: максимальная скорость на первой рабочей передаче Vmax = 26,7 м/с, полная масса автомобиля ma = 19882,5 кг, фактическая частота вращения двигателя nр = 2900 об/мин.

Условие расчета: автомобиль равномерно движется по горизонтальной дороге, преодолевая при этом сопротивление перекатыванию и аэродинамическое сопротивление. Мощность двигателя должна быть достаточна для обеспечения заданной максимальной скорости движения по дороге с минимальным заданным коэффициентом сопротивления перекатыванию, кВт [2]:

(4)

где Vmax- максимальная скорость движения автомобиля, м/с Vmax= 26,7 м/с; -сила тяжести автомобиля, Н; - коэффициент сопротивления перекатыванию по дороге с заданным покрытием. Если отсутствуют данные, можно определить по приближенной формуле:

 (5)

Сила тяжести автомобиля,Н [2]:

 (6)

где mа - полная масса автомобиля (mа=19882,5 кг).

Н.

- коэффициент обтекаемости, , принято ; - лобовая площадь автомобиля, м2.

, (7)

где - колея машины, м (=2,1 м); - высота машины, м (Н=3,28 м); - КПД трансмиссии, , принято .

м2.

 кВт.

В общем случае частота вращения вала двигателя при максимальной скорости движения не равна частоте вращения , соответствующей максимальной мощности двигателя и следовательно .

Для нахождения максимальной мощности использована эмпирическая формула Лейдермана[2]:

, (8)

гдеa,b - эмпирические коэффициенты аппроксимирующие перегрузочную ветвь внешней характеристики кубического трехчлена.

Для четырехтактных дизелей с неразделенной камерой сгорания: a=0,87; b=1,13.

Для современных ДВС ,

где .

 кВт.

Задаваясь значениями , которые соответствуют отношениям = 0,4; 0,6; 0,8; 1; 1,2, определяем величину соответствующих мощностей , заносим их в таблицу и строим внешнюю характеристику ДВС.

Для построения внешней характеристики формула (8) записана в следующем виде[2]:

, (9)

где - текущие значения мощности двигателя и частоты вращения коленчатого вала.

Крутящий момент на коленчатом валуТе, Н∙м[2]:

 , (10)

, (11)

где - угловая скорость, рад/с.

Полученные расчетом значения,, сведены в таблицу 2.

Таблица 2 - Внешняя характеристика ДВС

На рисунке 2 представлена внешняя характеристика двигателя.

Рисунок 2 - Внешняя характеристика

. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЕРЕДАТОЧНЫХ ЧИСЕЛ ТРАНСМИССИИ, СКОРОСТЕЙ ДВИЖЕНИЯ, ПАРАМЕТРОВ ПРОХОДИМОСТИ

Цель расчета: определить передаточные числа трансмиссии, определить скорости движения, определить параметры проходимости.

Исходные данные: максимальная скорость на первой рабочей передаче Vmax = 26,7 м/с, номинальная угловая скорость вала двигателя ωр=303,3 рад/с, радиус колеса rк=0,57 м,максимальный коэффициент дорожного сопротивления ψmax=0,26, максимальный момент двигателя Тmax=808,9 Н∙м, полная масса автомобиляma = 19882,5 кг.

Передаточное отношение главной передачи  определяется из условия обеспечения заданной максимальной скорости  [2]:

,  (12)

где ωр- номинальная угловая скорость вала двигателя, рад/с (ωр=303,3 рад/с) [таблица 2]; - максимальная скорость движения автомобиля, м/с ; - радиус колеса (м); - передаточное число КПП на высшей передаче, ()[2]; - передаточное число высшей передачи дополнительной коробки [2].

.

Передаточное число первой передачи в КПП определяют из условия обеспечения движения при заданном максимальном дорожном сопротивлении[2].

 (13)

где - максимальный коэффициент дорожного сопротивления автомобиля ([по заданию]); - максимальный момент двигателя автомобиля (Н∙м); - передаточное число низшей передачи дополнительной коробки ();-КПД трансмиссии ().

.

Полученное по формуле (13) значение  необходимо проверить по условию отсутствия буксования[2]:

 (14)

где - коэффициент сцепления ();- вес, приходящийся на ведущие оси автомобиля, Н. Поскольку колесная схема 6x6, то: ,

.

Вывод: условие отсутствия буксования выполняется.

Передаточное число любой передачи КПП можно определить по формуле[2]:

 (15)

где n - число передач, исключая заднююи ускоряющую передачу (n = 7), k - номер передачи.

Передаточное число второй передачи КПП:

Передаточное число третьей передачи КПП:

Передаточное число четвертой передачи КПП:

Передаточное число пятой передачи КПП:

Передаточное число шестой передачи КПП:

Седьмая передача - прямая, передаточное число iк7 = 1.

Передаточное число восьмой передачи КПП:

iк8 = 0,84.

Передаточное число задней передачи КПП[2]:

(16)

.

Передаточное число низшей передачи раздаточной коробки определена из условия максимального сопротивления дороги (ψmax), iдн:

(17)

где ψmax - коэффициент сопротивления дороги для сухого шоссе (ψmax=0,65) [2].

=2,5

Устойчивая минимальная скорость , м/с [2]:

 (18)

где -минимально устойчивые обороты колен вала двигателя

Передаточное число высшей передачи дополнительной коробки iдв определяют из условия получения заданной максимальной скорости движения Vmax из формулы (12):

,(19)

=1.

К геометрическим характеристикам проходимости машины относятся:

дорожный просвет δ, мм;

углы въезда αП и съезда βП, град;

радиусы продольной Rпр и поперечной проходимости Rпоп , м.

Дорожный просвет δ характеризует возможность движения автомобиля без задевания сосредоточенных на дороге препятствий. Принят минимальный дорожный просвет δ = 260 мм [2].

Так как данный автомобиль повышенной проходимости, дорожный просвет увеличиваем на 25...30%: мм.

Углы въезда αП и съезда βП характеризуют проходимость автомобиля по неровностям в момент въезда на препятствие и съезда с него. Приняты αП = βП = 40˚ для автомобиля повышенной проходимости [2].

Радиусы продольной Rпр и поперечной проходимости Rпоп определяют очертания препятствия, преодолеть которые автомобиль может, не задевая его.

Схема для определения радиуса поперечной проходимости приведена на рисунке 3.

Рисунок 3 - Схема для определения радиуса поперечной проходимости

Радиус поперечной проходимости Rпоп определён через теорему Пифагора, м:

(20)

где H - ширина профиля шины, Н = 313 мм; B - минимальная величина колеи (на задних осях), B = 2100 мм; NC - минимальный дорожный просвет, NC = 325 мм.

Схема для определения радиуса продольной проходимости приведена на рисунке 4.

Рисунок 4- Схема для определения радиуса продольной проходимости

Радиус продольной проходимости Rпр определён через теорему Пифагора, м:

 (21)

где L - расстояние между передней и средней осью, L = 3600мм.

5. РАСЧЕТ ДИНАМИЧЕСКОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ, УСКОРЕНИЙ, ТОРМОЗНОГО ПУТИ. КОНТРОЛЬ БУКСОВАНИЯ

Цель расчета: рассчитать и построить: график динамической характеристика автомобиля, график ускорений автомобиля, график тормозного пути автомобиля.

Исходные данные: частоты вращения ni на разных передачах,-текущее значение момента, Н∙м, радиус колеса rк=0,57 м, передаточное отношение главной передачи iгл=7,7, вес автомобиля Ga=195047 Н.

5.1Построение динамической характеристики

Удельная свободная сила тяги, расходуемая на преодоление дорожных сопротивлений и разгон автомобиля, называются динамическими факторами. Он определяется на каждой передаче при работе с полной нагрузкой и выдвинутой рейкой топливного насоса.

Для каждой из передач, задаваясь последовательно значениями частоты вращения =9,7 об/с; = 29 об/с; = 48,3 об/с; = 58 об/с, определены соответствующие им значение скорости, м/с [2]:

(22)

где -соответствующая частота вращения, об/с; -передаточное отношение трансмиссии на одной передаче.

Передаточное отношение трансмиссии на:

первой передаче: , .

второй передаче: , .

третей передаче: , .

четвертой передаче: , .

пятой передаче: ,

шестой передаче: ,

седьмой передаче: ,

восьмой передаче: ,

Сопротивления от ветровой нагрузкиFв, Н [2]:

, (23)

где аэродинамический коэффициент, Н∙с2/м4.

Динамический фактор D [2]:

, (24)

где -текущее значение момента, Н∙м; -вес автомобиля, Н ( Н).

С учетом внешней характеристики двигателя рассчитываем: , D результаты занесены в таблицу 3.

Таблица 3 - Данные для построения динамической характеристики автомобиля

График динамической характеристики представлен на рисунке 5.

Рисунок 5 - Динамическая характеристика автомобиля

Так как для порожнего автомобиля[2]:

, то масштаб ординаты нужно уменьшить в соотношение:

Динамический фактор ограниченной области, достижимой по условию сцепления[2]:

, (25)

где-сила тяги по сцеплению, Н; -сила сопротивления ветрового напора, Н (т.к. при условии, когда может наступить буксование скорость машины невелика, то принимаем).

, (26)

где -коэффициент сцепления ([2]) .

Н.

Так как , тогда .

5.2Построение графика ускорений автомобиля

Из уравнения тягового баланса ускорение определено[2]:

, (27)

где- коэффициент учета вращающихся масс; g- ускорение свободного падения, м/с2; -суммарный коэффициент дорожного сопротивления () [1]; -динамический фактор.

Коэффициент учета вращающихся масс[2]:

, (28)

где а - эмпирический коэффициент (а=0,07); - передаточное число соответствующей передачи.

Проведены расчеты ,(),по формулам (27), (28) и результаты расчета сносим в таблицу 4. По результатам расчетов строим график ускорения автомобиля.

Таблица 4 - Данные для построения графика ускорения автомобиля

График ускорений автомобиля представлен на рисунке 6.

Рисунок 6 - График ускорений автомобиля

5.3Построение графика тормозного пути

Динамические и тормозные свойства автомобиля взаимосвязаны. Чем выше средняя скорость движения, тем лучше должны быть тормозные свойства, т.е. тормозная динамика.

Тормозной путь Sт min, м [2]:

(29)

где j-коэффициент сцепления (j=0,75)[2]; Vi -текущая скорость движения, м/с; b- коэффициент учета вращающихся масс для данной передачи, (b=1);V1, V2 - скорости автомобиля соответственно в начале и в конце торможения (V1 = 0,9Vmax=0,9·26,7 = 24м/с; V2=0).

После расчета тормозного пути проверяем его по нормам ООН(ЕЭКООН)[2]:

Sтн=0,18V +0,0088V2  (30)

Таблица 5 - Зависимости тормозного пути от скорости

График тормозного пути представлен на рисунке 7.

Рисунок 7 - График тормозного пути

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Краткий автомобильный справочник. - 10 - е изд., перераб. и доп. - М.: Транспорт, 1983. - 220с., табл. - (Гос. науч. - исслед. ин - т автомоб. трансп.).

Сырямин Ю. Н., Сырямин П. Ю. Определение основных параметров автомобилей и тягачей: Краткие метод.указ. К выполнению курсовой работы по дисциплине <<Автомобили и тягачи>>. - Новосибирск: Изд - во СГУПСа, 2006. - 36с.

СТО СГУПС 1.01 СДМ.01-2012. Курсовой и дипломный проекты. Требования к оформлению.