Расчетно-графический анализ тягово-скоростных свойст автомобиля ВАЗ-21083

Министерство образования Украины

Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет

Кафедра автомобилей

Курсовая работа

Расчетно-графический анализ тягово-скоростных свойств автомобиля ВАЗ -21083

Выполнил:студент гр.А-33  

Бесчастнов П.С.

                                                       Проверил: Писарев В.П.

Харьков 2003

Введение

         Различные виды подвижного состава автомобильного транспорта – одиночные автомобили, седельные и прицепные автопоезда объединяются понятием “автотранспортные средства”/АТС/. Общим для них служат колесные движители и опорные оси в различных комбинациях. В связи с этим взаимодействие АТС с дорогой и окружающей средой базируется на тех же основных закономерностях, что и для одиночного автомобиля.

         Эффективность использования АТС в различных условиях эксплуатации определяется комплексом их потенциальных эксплуатационных свойств – тягово-скоростных, тормозных, проходимости, топливной экономичности, устойчивости и управляемости, комфортабельности плавности хода. На эти эксплуатационные свойства влияют основные параметры автомобиля и его узлов, прежде всего двигателя, трансмиссии и колес, а также характеристики дороги и условий движения.

         При выполнении курсовой работы оценивалась взаимосвязь и взаимозависимость совместного влияния конструктивных параметров автомобиля и условий движения на эксплуатационные свойства. При анализе тягово-скоростных свойств автомобиля ВАЗ – 21083 выполняются необходимые расчеты на основании конкретных технических данных, строятся графики и по ним анализируются тягово-скоростные свойства.

Исходные данные для расчета

Вид автомобиля

легковой

Полная масса м, кг

1370

Марка и тип двигателя

ВАЗ-21083, карбюраторный

Максимальная мощность Nemax, кВт

52,6

Частота вращения двигателя при максимальной мощности nN, об/мин

5600

Наличие ограничителя частоты вращения коленчатого вала 

нет

Передаточные числа

   Uk1

3,636

   Uk2

1,95

   Uk3

1,357

   Uk4

0,941

   Uk5

0,784

   раздаточной коробки или делителя

нет

   главной передачи Ud

3,7

Шины

175/70R13

Статистический радиус колес rст

0,269

Габаритные размеры:

  

   ширина   Br, м

1,62

   высота    Hr, м

1,402

КПД трансмиссии η

0,9

Коеффициент сопротивления воздуха  К, Η*c2/м4

0,25

σ/ Реальные значения основных параметров автомобиля для сравнения их с полученными расчетами

Максимальный крутящий момент двигателя Memax, Η*м

106,4

Частота вращения двигателя при максимальном крутящем моменте nм, об/мин

3400

Максимальная скорость Vmax, км/ч

156

Время разгона до 100 км/ч tp, с

13

1.Построение внешней скоростной характеристики двигателя

Для построения внешней скоростной характеристики поршневого двигателя внутреннего сгорания используют эмпирическую формулу, позволяющую по известным координатам одной точки скоростной характеристики (Nemax и nN) воспроизвести всю кривую мощности:

где Ne, кВт – текущее значение мощности двигателя, соответствующее частоте вращения вала двигателя   n, об/мин; Nemax , кВт – максимальная мощность двигателя внутреннего сгорания при частоте вращения nN  , об/мин; A1,A2 – эмпирические коэффициенты, характеризующие тип двигателя внутреннего сгорания. 

Значения эмпирических коэффициентов A1,A2  принимают для карбюраторных двигателей A1= A2  = 1,0.

Для выбора текущего значения n диапазон частоты вращения вала двигателя от минимально устойчивых оборотов nmin до nN разбивают на произвольное число участков:

Так как у карбюраторного двигателя, не имеющего ограничителя 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  c тем же интервалом Dn.

Минимальную частоту вращения коленчатого вала nmin выбирают в пределах 800 об/мин.

          Определив Ne  для принятых значений n, вычисляют соответствующие значения крутящего момента двигателя, Нм:

Результаты расчетов сводят в табл.1 и строят внешнюю скоростную характеристику двигателя Ne=f(n) и Me=f(n).

                                                                                                                     Таблица 1

Результаты расчетов внешней скоростной характеристики двигателя

Параметры

Значение параметров

n,об/мин

800

1600

2400

3200

4000

4800

5600

6400

A1*n/nN

0,1429

0,2857

0,4286

0,5714

0,7143

0,8571

1

1,1429

A2(n/nN)^2

0,0204

0,0816

0,1837

0,3265

0,5102

0,7347

1

1,3061

(n/nN)^3

0,0029

0,0233

0,0787

0,1866

0,3644

0,6297

1

1,4927

A1*n/nN+A2(n/nN)^2-(n/nN)^3

0,1604

0,344

0,5336

0,7113

0,8601

0,9621

1

0,9563

Ne,кВт

8,437

18,0944

28,0674

37,4144

45,2413

50,6065

52,6

50,301

Ме,Hм

100,717

108,001

111,685

111,659

108,014

100,686

89,702

75,059

       

2.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= 9.8I м/с2 - ускорение свободного падения.

В расчетах не учитывается влияние скорости движения на коэффициент сопротивления качению, в связи c чем полагают Y=const.

Для ВАЗ-21083 G=9,81*1370=13439,7Н, а при заданном Y=0,019   Р=0,019*1370*9,81=255,35 Н.

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 a - коэффициент заполнения площади, для легковых автомобилей a=0,78-0,8. Для ВАЗ - 21083                           F = 0,78*1,65*1,402=1,804 м2

Сила сопротивления разгону, Н:

где d - коэффициент, учитывающий влияние инерции вращающихся масс; j - 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 (PY+Pw).

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, сводят данные расчетов в табл.2 и строят по ним графики силового 6aланca и динамической характеристики.

                                                                                                                 Таблица 2

Результаты расчетов силового баланса и динамической характеристики

Параметры

Значение параметров

n,об/мин

800

1600

2400

3200

4000

4800

5600

6400

Ме,Нм

100,717

108,001

111,685

111,659

108,014

100,686

89,702

75,059

V,км/ч

6,0081

12,0163

18,0244

24,0326

30,0407

36,0489

42,057

48,0652

Uк1 =

Pк,Н

4600,82

4933,55

5101,84

5100,65

4934,15

4599,4

4097,64

3428,74

3,636

Рw,Н

       -

         -

11,3079

20,1031

31,411

45,232

61,5656

80,4124

Рк-Рw,H

4600,82

4933,55

5101,84

5100,65

4934,15

4599,4

4097,64

3428,74

D

0,3423

0,3671

0,3796

0,3795

0,3671

0,3422

0,3049

0,2551

V,км/ч

11,2029

22,4058

33,6086

44,8115

56,0144

67,2173

78,4202

89,6231

Uк2 =

Pк,Н

2467,43

2645,88

2736,14

2735,5

2646,2

2466,68

2197,58

1838,85

1,95

Рw,Н

-

17,474

39,315

69,894

109,21

157,262

214,051

279,577

Рк-Рw,H

2467,43

2645,88

2736,14

2735,5

2646,2

2466,68

2197,58

1838,85

D

0,1836

0,1969

0,2036

0,2035

0,1969

0,1835

0,1635

0,1368

V,км/ч

16,098

32,197

48,295

64,394

80,492

96,591

112,689

128,788

Uк3 =

Pк,Н

1717,08

1841,26

1904,07

1903,63

1841,49

1716,55

1529,29

1279,65

1,357

Рw,Н

9,02

36,082

81,183

144,329

225,511

324,739

442,002

577,314

Рк-Рw,H

1717,08

1841,26

1904,07

1903,63

1841,49

1716,55

1529,29

1279,65

D

0,1278

0,137

0,1417

0,1416

0,137

0,1277

0,1138

0,0952

V,км/ч

23,215

46,431

69,646

92,861

116,077

139,292

162,507

-

Uк4 =

Pк,Н

1190,7

1276,81

1320,36

1320,05

1276,96

1190,33

1060,47

-

0,941

Рw,Н

18,76

75,04

168,83

300,14

468,98

675,33

919,19

-

Рк-Рw,H

1171,94

1201,77

1151,53

1019,91

807,98

515

141,28

-

D

0,0872

0,0894

0,0857

0,0759

0,0601

0,0383

0,0105

-

V,км/ч

27,864

55,729

83,593

111,457

139,322

167,186

-

-

Uк5 =

Pк,Н

992,04

1063,78

1100,07

1099,81

1063,91

991,73

-

-

0,784

Рw,Н

27,02

108,1

243,22

432,39

675,62

972,88

-

-

Рк-Рw,H

965,02

955,68

856,85

667,42

388,29

18,85

-

-

D

0,0718

0,0711

0,0638

0,0497

0,0289

0,0014

-

-

РΨ+РW,H          

282,37

363,45

498,57

687,74

930,97

1228,23

-

-

255,3543

255,3543

255,3543

255,3543

255,3543

255,3543

-

-

 

                                    

3.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.2, используя формулу:

где d =1,04 + 0.04 uki2 предварительно рассчитывается для каждой передачи.

Расчетные данные для построения графика ускорений сводят, в табл.3, где приводятся значения величин, обратных ускорениям 1/j, которые будут использованы при определении времени разгона АТС.

Поскольку при максимальной скорости для автомобиля без ограничителя частоты вращения вала двигателя ускорение j=0, а обратная величина 1/j=¥, построение графика 1/j=f(v) ограничивают последней точкой, примерно соответствующей 0.9vmax. Для ВАЗ - 21083 это ограничение составляет 0,9*156=140 км/ч. Скорости 140 км/ч соответствуют значения j = 0,1761м/с2 и 1/j = 5,6786c2/м.

                                                                                                                  Таблица 3

Результаты расчетов ускорений и величин обратных ускорениям

n,

об/мин

800

1600

2400

3200

4000

4800

5600

6400

V,км/ч

6,0081

12,016

18,024

24,033

30,041

36,049

42,057

48,0652

1-я передача

D

0,3423

0,3671

0,3796

0,3795

0,3671

0,3422

0,3049

0,2551

Uк1 = 3,636

D - ψ

0,3233

0,3481

0,3606

0,3605

0,3481

0,3232

0,2859

0,2361

δ1= 1,56882

j,м/с2

2,0216

2,1767

2,2549

2,2542

2,1767

2,021

1,7878

1,4764

1/j

0,4947

0,4594

0,4435

0,4436

0,4594

0,4948

0,5593

0,6773

V,км/ч

11,203

22,406

33,609

44,812

56,014

67,217

78,42

89,6231

2-я передача

D

0,1836

0,1969

0,2036

0,2035

0,1969

0,1835

0,1635

0,1368

Uк2 = 1,95

D - ψ

0,1646

0,1779

0,1846

0,1845

0,1779

0,1645

0,1445

0,1178

δ2  = 1,1921

j,м/с2

1,3545

1,464

1,5191

1,5183

1,464

1,3537

1,1891

0,9694

1/j

0,7383

0,6831

0,6583

0,6586

0,6831

0,7387

0,841

1,0316

V,км/ч

16,098

32,197

48,295

64,394

80,492

96,591

112,69

128,788

3-я передача

D

0,1278

0,137

0,1417

0,1416

0,137

0,1277

0,1138

0,0952

Uк3 = 1,357

D - ψ

0,1088

0,118

0,1227

0,1226

0,118

0,1087

0,0948

0,0762

δ3 = 1,11366

j,м/с2

0,9584

1,0394

1,0808

1,08

1,0394

0,9575

0,8351

0,6712

1/j

1,0434

0,9621

0,9252

0,9259

0,9621

1,0444

1,1975

1,4899

V,км/ч

23,215

46,431

69,646

92,861

116,08

139,29

162,51

-

4-я передача

D

0,0872

0,0894

0,0857

0,0759

0,0601

0,0383

0,0105

-

Uк4 = 0,941

D - ψ

0,0682

0,0704

0,0667

0,0569

0,0411

0,0193

-0,008

-

δ4 = 1,075419

j,м/с2

0,6221

0,6422

0,6084

0,519

0,3749

0,1761

-0,078

-

1/j

1,6075

1,5571

1,6437

1,9268

2,6674

5,6786

-12,9

-

V,км/ч

27,864

55,729

83,593

111,46

139,32

167,19

-

-

5-я передача

D

0,0718

0,0711

0,0638

0,0497

0,0289

0,0014

-

-

Uk5=0.784

D - ψ

0,0528

0,0521

0,0448

0,0307

0,0099

-0,018

-

-

δ5 =1.06459

j,м/с2

0,4865

0,4801

0,4128

0,2829

0,0912

-0,162

-

-

1/j

2,0555

2,0829

2,4225

3,5348

10,965

-6,165

-

-

Время разгона получают как интеграл функции

графическим интегрированием функции 1/j=f(v), используя график величин, обратных ускорениям. Для этого площадь под кривыми 1/j=f(v)  в интервале от vmin до 0.9vmax  разбивают на произвольное число участков. Переход с одной передачи на другую выбирают при равных или при наиболее близких значениях j и 1/j.При этом каждый участок будет ограничен частью оси абсцисс, частью кривой зависимости 1/j=f(v)  и ординатами точек этой кривой, соответствующих начальной и конечной скоростям выбранного интервала. Площади этих участков представляют собой в определенном масштабе время разгона в соответствующем интервала скоростей на данной дороге.

Подсчитав площади участков и нарастающую сумму площадей, вычисляют время разгона, сводят расчеты в табл.4 и строят график времени разгона.

                                                                                                                    Таблица 4

Результаты расчетов времени разгона 

Параметр

Значение параметра

V,км/ч

6

26,5

47,5

68

88

109

128

139

140

Fti,мм2

0

157,5

189

241,5

304,5

378

462

330

138,6

ΣFti,мм2

0

157,5

346,5

588

892,5

1270,5

1732,5

2062,5

2201,1

Σ t,c

0

2,612

5,746

9,751

14,8

21,07

28,731

34,204

36,502

Путь разгона определяют по аналогии графическим интегрированием функции t=f(v), т.е. подсчетом соответствующих площадей графика времени разгона, поскольку

Методика расчета и построения аналогична предшествующей. Для этого площадь над кривой t=f(v) в интервале от vmin до 0.9vmax  разбивают на произвольное число участков. Каждый участок ограничен частью оси ординат, частью кривой t=f(v) и абсциссами точек этой кривой, соответствующих начальной и конечной скоростям выбранного интервала. Площади этих участков представляют собой в определенном масштабе путь разгона в соответствующем интервале скоростей на данной дороге

Подсчитав площади участков и нарастающую сумму площадей, вычисляют путь разгона, сводят расчеты в табл.5 и строят график пути разгона.

                                                                                                                    Таблица 5

Результаты расчетов пути разгона

Параметр

Значение параметра

V,км/ч

6

43,5

69,3

89

119,5

140

Fsi,мм^2

0

643,5

1466,4

2057,9

5421

7785

ΣFsi,мм^2

0

643,5

2109,9

4167,8

9588,8

17373,8

S,м

0

123,75

405,75

801,5

1844

3341,12

4.График мощностного баланса автомобиля

Уравнения баланса мощности могут быть выражены через мощность двигателя Ne:

или через мощность на колесах Nk:

где Nr - мощность, теряемая в трансмиссии; NY ,Nw - 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, развиваемую на коленчатом валу двигателя, с учетом потерь в трансмиссии

Значения мощностей NY  и Nw рассчитывают с использованием величин PY  и Pw , взятых из табл.2 для высшей передачи с целью обеспечения всего диапазона скоростей движения автомобиля:

Полученные значения величин NY  и Nw  суммируют.

Из табл.2 берут также значения скоростей движения автомобиля на всех передачах, соответствующие принятым ранее величинам частоты вращения коленчатого вали двигателя. Данные расчетов сводят в табл.6 и по ним строят график мощностного баланса автомобиля.

На графике мощностного баланса строят следующие зависимости . мощностей от скорости движения автомобиля: Ne=f(v)  - только для высшей передачи; Nk=f(v)  - для всех передач; NY=f(v), NY+Nw=f(v).

Мощности Nr и Nj определяются на графике как разности Nr=Ne-Nk, Nj=Nk-(NY+Nw).

                                                                                                                    Таблица 6

Результаты расчета составляющих баланса мощности

Параметр

Значение параметра

n,об/мин

800

1600

2400

3200

4000

4800

5600

6400

Ne,кВт

8,437

18,094

28,067

37,414

45,241

50,606

52,6

50,301

Nк,кВт

7,6777

16,466

25,541

34,047

41,17

46,052

47,866

45,774

V,км/ч        Uк1=3,636

6,0081

12,016

18,024

24,033

30,041

36,049

42,057

48,065

        Uк2=1,95

11,203

22,406

33,609

44,812

56,014

67,217

78,420

89,623

          Uк3=1,357

16,098

32,197

48,295

64,394

80,492

96,591

112,69

128,79

          Uк4=0,941

23,215

46,431

69,646

92,861

116,08

139,29

162,51

-

          Uk5=0,784

27,864

55,729

83,593

111,46

139,32

167,19

-

-

Nψ,кВт

1,9764

3,953

5,9294

7,9058

9,8824

11,859

-

-

Nw,кВт

0,2091

1,6734

5,6476

13,387

26,147

45,181

-

-

Nψ+Nw,кВт

2,1856

5,6264

11,577

21,293

36,029

57,04

-

-

5.Анализ тягово-скоростных свойств автомобиля

Из внешней скоростной характеристики двигателя определяют значения максимального крутящего момента Memax , частоту вращения коленчатого вала при максимальном крутящем моменте nM и момент при максимальной мощности MN. Полученные значения Memax и nM сравниваются с реальными данными. По значениям Memax и MN можно вычислить коэффициент приспособляемости двигателя

Для ВАЗ - 21083  значение Memax = 89,872Н*м а MN =90,3Н*м. Тогда Kпр=0,995

По графику силового баланса определяют максимально возможную скорость движения автомобиля для заданных дорожных условий. Ее можно определить также по динамической характеристике, графику ускорений и мощностному балансу автомобиля. При правильном построении указанных зависимостей максимальные значения скорости будут для всех графиков одинаковы. По динамической характеристике автомобиля для каждой передачи определяют максимальное дорожное сопротивление Ymax i, которое может преодолеть автомобиль, критическую скорость vкр i и максимальный преодолеваемый продольный уклон дороги imax i.

Максимальный преодолеваемый продольный уклон дороги:

Для большей наглядности полученное значение уклона представляют в процентах.

Для автомобиля ВАЗ - 21083  перечисленные параметры составляют:

vmax = 156 км/ч

Ymax1 = Dmax1 =0,3782     vкр1 =20 км/ч

  Ymax2 =Dmax2 =0,205       vкр2 = 39 км/ч

  Ymax3 =Dmax3 =0,143       vкр3 = 56 км/ч

  Ymax4 =Dmax4 =0,089        vкр4 = 46,4 км/ч

  Ymax5 =Dmax5 =0,073        vкр5 = 44 км/ч

imax1=0,3782 – 0,10 = 0,2782 = 27,8%;

imax2=0,205 – 0,10 = 0,105 = 12,8%;

imax3   = 0,143 – 0,10 = 0,043 =4,3%

imax4=0,089 – 0,10 =- 0,011 =- 0,1%

imax5   = 0,073 – 0,10 = -0,027 =-2,7%

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.

Для автомобиля ВАЗ - 21083 :

Jmax1 =2,77м/с2   ;            Vпер 1-2= 48 км/ч ;

Jmax2 =1,53 м/с2 ;          Vпер 2-3= 87 км/ч ;

Jmax3 = 1,08м/с2    ;              Vпер 3-4= 112км/ч ;

Jmax4 = 0,64м/с2                    ; t100 = 18,3 с ;

Jmax5 = 0,49м/с2                       ;   S100 = 315 м.

 

Список литературы

        Алекса Н.Н., Алексеенко В.Н., Гредескул А.Б. Теория эксплуатационных свойств автотранспортных средств в примерах и заданиях: Учеб. пособ. –К.:

УМК ВО, 1990. –100 с.