Расчет и построение характеристик торможения АТС

Исходные данные.

ma кг	rg м	a	p	Fлоб м2	kв Нс2/м4	Тип двиг	Ne кВт	n min Об/мин	n max Об/мин	Ψmax
	0,35	0,005		2,0	0,15	к				0,30

m_a - полная масса автотранспортного средства (АТС), кг,

r_g - динамический радиус ведущих колес, м,

p - число передач,

a - эмпирический коэффициент, входящий в формулу для расчета коэффициента учета вращающихся масс δ.

F_лоб - площадь лобовой проекции АТС, м²,

k_в - коэффициент аэродинамического сопротивления, Н*с²/м⁴,

N_{e max}- величина максимальной мощности двигателя, кВт,

n - частота вращения коленчатого вала двигателя, об/мин

Ψ_max - величина максимального дорожного сопротивления,

В табл.1 приведены результаты экспериментального исследования характеристик дизельного двигателя в относительных единицах частот и мощностей.

Таблица 1 карбюраторные двигатели

.

n/nmax	0.2	0.3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0
Ne/Nemax	0,214	0,478	0,648	0,76	0,891	0,942	1,0	0,985	0,956

 

Внешние характеристики двигателя

Внешняя скоростная характеристика двигателя N е (п) задается таблично в относительных единицах N е

Ne _max вфункции от п, где п текущая частота вращения коленчатого вала, заданной в отношении к п max – максимально устойчивой частоты вращения коленчатого вала.

1. Расчет и построение внешних характеристик ДВС

Для построения внешней характеристики N_e(п) используются данные таблицы 1.

Для построения внешней характеристики М_е (п) используется зависимость:

М_е = ,где ω= (1)

 

Результаты расчета по формуле (1) сводятся в табл. 2

Табл.2

n/n max	n, об/мин	ω, 1/с	Ne / Ne max	Ne max, кВт	Ме , Нм
0,2		62,8	0,214	14,98	238,53
0,3		94,2	0,478	33,46	355,2
0,4		125,6	0,648	45,36	361,14
0,5			0,76	53,2	338,85
0,6		188,4	0,891	62,37	331,05
0,7		219,8	0,942	65,94
0,8		251,2	1,0		278,66
0,9		282,6	0,985	68,95	243,98
			0,956		222,93

 

В табл. 2 приведены результаты расчета внешних характеристик карбюраторного двигателя с параметрами N_{e max} = 70 кВт, n _min = 600 об/мин и n _max = 3000 об/мин, в которой выделен рабочий диапазон частот от ώ _м = 125,6 соответствующей величине максимального момента М _{е max} = 361,14 Нм. до ώ _N = 314 1/с, соответствующей величине максимальной мощности N _{e max} = 70 кВт.

На рис. 1 представлены графические изображения экспериментальных внешних мощностной и моментной характеристик.

 

А)

 

Б)

Рис. 1. Внешние характеристики заданного ДВС:

а) – мощностная, б) – моментная

 

Определение величины максимальной скорости движения АТС.

 

Расчет максимальной скорости движения автотранспортного средства V_max, производится на основе графо-аналитического решения уравнения мощностного баланса:

N_т = N_д + N_в , (2)

где

N_т - величина тяговой мощности на ведущих колесах: N_т = N_е

N_д - величина мощности дорожных сопротивлений: N_д = f G_а V,

N_в – величина мощности сопротивления воздуха: N_в = k_в F_лоб V ³

f - коэффициент сопротивления качению колес, принимаемой в расчете 0,02,

G_а – вес АТС в ньютонах,

F_лоб – величина площади лобовой проекции АТС в м²,

V - скорость движения АТС в м/с,

k_в - коэффициент аэродинамического сопротивления АТС,

η _т - коэффициент полезного действия трансмиссии АТС.

Для определения приведенных выше мощностей по соответствующим формулам находятся суммарные затраты мощности на преодоление сопротивлений движению при постоянной скорости.

По формуле для определения N_т выбираем величину к.п.д. АТС, из диапазона 0,85 – 0,95, на графике отмечаем соответствующую ординату и проводим линию, параллельную абсциссе, точку пересечения которой с кривой суммарных мощностей сопротивления движению проектируем на ось абсцисс и получаем величину V_max.

Таким способом графически находится решение уравнения:

N_{e max *} η_т = f*G_a*V + k_в*F_лоб* V³ (3)

Для графического решения уравнения (3) предварительно рассчитываются коэффициенты при V и V³.

f = 0,02, G_a = m_a*g =1500*9,8 Н= 14700 Н, η_т= 0,85 k_в=0,15 Н*с²/м⁴, F _лоб = 2,0 м²

В результате получаем следующее уравнение: 294 * V + 0,3* V3 = 59500 (4)

Результаты расчетов сводятся в табл. 4

Таблица 4

V, м/с	N д, Вт	V3, м3 / с3	Nв, Вт	N д +Nв,Вт

 

Графическое решение уравнения (4) привело к результату V_max = 47 м/с. Рис. 2. Расчет передаточных отношений трансмиссии
Расчет передаточного отношения главной передачи

Для определения передаточного отношения главной передачи используется соотношение:

u _гп = ω _N * r _g / v _max , ₍₅₎

где r _g - динамический радиус ведущего колеса.

r _g = 0.35 м. Откуда:

u _гп = 314 * 0,35/47 = 2,33

 

Расчет передаточного отношения 1-й передачи

 

Для определения передаточного отношения 1-й передачи используется приведенное в табл. 1 значение максимального, задаваемого для каждого варианта коэффициента дорожного сопротивления движению АТС ψ _max.

Величина передаточного отношения 1-й передачи рассчитывается по формуле:

u ₁ = ψ _max * m _а * g * r _g / M_{e max} * u_гп * η _т

Ψ_max = 0,30. Откуда

(0,30*1500*9,8*0,35)/(361,14*3,22*0,85) = 1,56

u ₁ = 1,56

Расчет передаточных отношений промежуточных передач

Принятое передаточное число первой передачи КПП является основой для нахождения передаточных чисел других передач КПП. Для их нахождения необходимо определиться с числом ступеней КПП проектируемого автомобиля. Передаточные числа II, III и других передач КПП определяются по формуле

Принимаю 4-х ступенчатую КПП

 

где l - число ступеней КПП без учета ускоряющей передачи при её наличии;

 

i- порядковый номер передачи.

u ₂ = 1,34 u ₃ = 1,16 и u ₄ = 1,0

Расчет и построение тяговой характеристики

 

Тяговая характеристика АТС, представляющая собой зависимость силы тяги ведущих колес (Р_т) от скорости движения V на всех передачах, рассчитывается по формулам:

Р _тi = М _{е i} * η _т * u _i* * u _гп / r_g

и V _i = ω _i *r_g / u _i * u _гп (6) где i – номер передачи.

Таблица 5

ω, 1/с	Ме , Нм	Рт 1, Н	V1, м/с	Рт2, Н	V2, м/с	Рт3, Н	V3, м/с	Рт4, Н	V4, м/с
62,8	238,53	736,958	6,0471	1808,65	7,03991	1565,7	8,13231	1349,74	9,43348
94,2	355,2	1097,42	9,07065	2693,3	10,5599	2331,51	12,1985	2009,92	14,1502
125,6	361,14	1115,77	12,0942	2738,34	14,0798	2370,5	16,2646	2043,54	18,867
	338,85	1046,9	15,1178	2569,33	17,5998	2224,19	20,3308	1917,41	23,5837
188,4	331,05	1022,81	18,1413	2510,18	21,1197	2172,99	24,3969	1873,27	28,3004
219,8		926,874	21,1649	2274,75	24,6397	1969,18	28,4631	1697,57	33,0172
251,2	278,66	860,942	24,1884	2112,94	28,1596	1829,11	32,5292	1576,82	37,7339
282,6	243,98	753,796	27,212	1849,97	31,6796	1601,47	36,5954	1380,58	42,4506
	222,93	688,76	30,2355	1690,36	35,1995	1463,3	40,6615	1261,47	47,1674

 

 

Рис.3 Тяговая характеристика АТС

 

 

 

2. Динамические показатели АТС

Расчет и построение динамической характеристики

Динамическая характеристика АТС, представляющая собой зависимость динамического фактора Dψ от скорости движения V и вычисляется по формуле:

D _ψik = (P_{т ik} - P_aik) / m _a * g, (7)

где Р _{т ik} - величина тяговой силы на i - ой передаче и k - ой частоте вращения коленчатого вала двигателя ω_k,

 

Р_{в ik} - величина силы сопротивления воздуха в тех же режимах движения.

Сила сопротивления воздуха движению автомобиля определяется по формуле-8

 

(8)

 

где k и F-коэффициент обтекаемости автомобиля и лобовая площадь автомобиля

Расчет величин динамического фактора и соответствующих скоростей движения АТС целесообразно вести при следующих значениях частот вращения коленчатого вала двигателя:

ω _min, ω _M, ω _cp = (ω _M + ω _N) / 2, ω _N, ω _max,

где ω _min - минимальная частота вращения коленчатого вала,

ω _M - частота вращения вала при максимальном моменте,

ω _cp - середина рабочего диапазона частот вращения коленчатого вала,

ω _N - частота вращения вала при максимальной мощности двигателя,

ω _max - максимальная частота вращения коленчатого вала.

Расчет динамической характеристики АТС выбранного ранее варианта для 1-й передачи. Результаты расчета представлены в табл.6

Таблица 6

 

ω, 1/с	Рт, Н	V, м/с	Р в , Н	(Рт – Р в), Н	Dψ
62,8	736,958	6,0471	0,8439	736,11	0,0501
125,6	1115,77	12,0942	3,3755	1112,4	0,0757
188,4	1022,81	18,1413	7,5948	1015,2	0,0691
251,2	860,942	24,1884	13,502	847,44	0,0576
	688,76	30,2355	21,097	667,66	0,0454

 

Расчет динамической характеристики АТС выбранного ранее варианта для 2-й передачи. Результаты расчета представлены в табл.7

 

 

Таблица 7

ω, 1/с	Рт, Н	V, м/с	Р в , Н	(Рт – Р в), Н	Dψ
62,8	1808,65	7,03991	1,1437	1807,5	0,123
125,6	2738,34	14,0798	4,5748	2733,8	0,186
188,4	2510,18	21,1197	10,293	2499,9	0,1701
251,2	2112,94	28,1596	18,299	2094,6	0,1425
	1690,36	35,1995	28,592	1661,8	0,113

 

 

Расчет динамической характеристики АТС выбранного ранее варианта для 3-й передачи. Результаты расчета представлены в табл.8

 

Таблица 8

ω, 1/с	Рт, Н	V, м/с	Р в , Н	(Рт – Р в), Н	Dψ
62,8	1565,7	8,13231	1,5262	1564,2	0,1064
125,6	2370,5	16,2646	6,1047	2364,4	0,1608
188,4	2172,99	24,3969	13,736	2159,3	0,1469
251,2	1829,11	32,5292	24,419	1804,7	0,1228
	1463,3	40,6615	38,154	1425,1	0,0969

 

 

Расчет динамической характеристики АТС выбранного ранее варианта для 4-й передачи. Результаты расчета представлены в табл.9

Таблица 9

ω, 1/с	Рт, Н	V, м/с	Р в , Н	(Рт – Р в), Н	Dψ
62,8	1349,74	9,43348	2,0536	1347,7	0,0917
125,6	2043,54	18,867	8,2145	2035,3	0,1385
188,4	1873,27	28,3004	18,483	1854,8	0,1262
251,2	1576,82	37,7339	32,858		0,105
	1261,47	47,1674	51,341	1210,1	0,0823

 

Расчет и построение характеристики разгона АТС.

 

Здесь предлагается упрощенный метод построения характеристики разгона АТС по величинам средних значений ускорений разгона на передачах и без учета потерь скорости движения при переключении передач.

Величина среднего значения ускорения на i -ой передаче рассчитывается по формуле:

j _{i cp} = (D_{ψ i cp} – f)*g / δ _i, (9)

j _1cp = ((0,059576-0,02)*9,8)/ 1,042168= 0,372151

j _2cp = ((0,146906-0,02)*9,8)/1,038978= 1,1970213

j _3cp = ((0,126771-0,02)*9,8)/1,036728= 1,00928671

j _4cp =((0,108733-0,02)*9,8)/1,035=0,840177198

где D_{ψ i cp}- величина среднего динамического фактора на i -ой передаче,

D_{ψ 1 cp} = (0,0501+0,0757+0,0691+0,0576+0,0454)/5=0,059576

 

D_{ψ 2 cp} = (0,123+0,186+0,1701+0,1425+0,113)/5=0,146906

 

D_{ψ 3 cp} =(0,1064+0,1608+0,1469+0,1228+0,0969)/5=0,126771

 

D_{ψ 4 cp} =(0,0917+0,1385+0,1262+0,105+0,0823)/5=0,108733

 

 

f - коэффициент сопротивления качению колес АТС на асфальте (0,02),

δ - коэффициент учета вращающихся масс, вычисляемый по формуле (2):

δ _i = 1,03 + a*u _i²

δ ₁=1,03+0,005*(1,56)² = 1,042168

δ ₂=1,03+0,005*(1,34)² = 1,038978

δ ₃=1,03+0,005*(1,16)² =1,036728

δ ₄=1,03+0,005*(1)² =1,035

 

 

После определения средних величин ускорений разгона на всех передачах рассчитываются величины времени разгона на каждой передаче по формулам:

t _{р i} = (V i _к - V i _н) / j _{i ср},

где V _{i н} и V_{i к} – начальные и конечные скорости разгона на i -ой передаче.

В табл.10 приведены результаты расчета динамических факторов (D_Ψ), коэффициентов учета вращающихся масс (δ) и средних величин разгона выбранного варианта АТС (j).

Таблица 10

 

 

передача	DΨ	DΨ - f	δ	j, м/с2	Vн,м/с	Vк ,м/с	tр, с
	0,0596	0,03958	1,0422	0,3722		30,2355	81,2452472
	0,1469	0,12691	1,039	1,197	30,2355	35,1995	4,14696046
	0,1268	0,10677	1,0367	1,0093	35,1995	40,6615	5,41174271
	0,1087	0,08873	1,035	0,8402	40,6615	47,1674	7,74348556

 

 

Рис.4. Характеристика разгона АТС как функция V (t)

Расчет и построение характеристик торможения АТС

Расчет величин времени и тормозного пути при экстренном торможении

Параметры экстренного торможения рассчитываются для легковых автомобилей от скорости 20 м/с, а для грузовых от скорости 15 м/с до полной остановки на трассах с параметрами, приведенными в табл. 11

Таблица 11

Трасса Сцепление φ Сопр. качению ψ   0,8 0,02   0.6 0,05   0,4 0,08

Время экстренного торможения определяется по формуле /3/:

Т_т = V / j_зам , где j_зам = (φ + ψ)*g - величина замедления.

1) j_зам =(0,8+0,02)*9,8=8,036; Т_т = 15/ 8,036=1,87

2) j_зам =(0,6+0,05)*9,8=6,37; Т_т = 15/ 6,37=2,36

3) j_зам =(0,4+0,08)*9,8=4,704; Т_т = 15/ 4,704=3,19

 

Величина тормозного пути определяется по приближенной формуле:

S _т = V*T/2

1) S _т =15*1,87/2=14,025

2) S _т =15*2,36/2=17,7

3) S _т =15*3,19/2=23,925

Расчет показателей рабочего торможения.

Величина замедления при рабочем торможении рассчитывается по формуле:

j _рз = (P _кт + P_ψ + Р _в) / m_a, где Р _кт - сила торможения колесными тормозами, принимаемая равной 0,25 G_a,

G_a = 14709,97

 

Р _кт = 0,25*14700=3675

Р_ψ - сила сопротивления качению колес (см. табл.11),

Р_в - сила сопротивления воздуха при скорости движения АТС, равной половине скорости начала торможения.

 

 

= , где

= 1,29

1) j _рз =(3675+0,02+1,29)/1500=2,450873

2) j _рз =(3675+0,05+1,29)/1500= 2,450893

3) j _рз =(3675+0,08+1,29)/1500=2,450919

Расчет времени торможения и тормозного пути проводится для трех условий движения.

 

 

Заключение

 

В ходе выполнения курсовой работы мной было расчитано

Тяговый расчет и построение динамической характеристики ТС, результаты расчета внешних характеристик карбюраторного двигателя с параметрами N_{e max} = 70 кВт, n _min = 600 об/мин и n _max = 3000 об/мин, в которой выделен рабочий диапазон частот от ώ _м = 125,6 соответствующей величине максимального момента М _{е max} = 361,14 Нм. до ώ _N = 314 1/с, соответствующей величине максимальной мощности N _{e max} = 70 кВт.

Расчет и построение характеристики разгона ТС, в ходе выполнение работы был сделан Тяговая характеристика АТС, силы тяги ведущих колес составляет 2691,57 при скорости 24,0012 м/с

Построение тормозной характеристики ТС в заданных дорожно-грунтовых условиях.

Величина замедления при рабочем торможении для 3видов трасс составил: 2,450873; 2,450893и для третьей трассы составил2,450919