Расчет сил тяги и сопротивления движению
При расчете тяговой силы (РТ) пользуются значениями скоростной характеристики двигателя.
Для расчета эффективной тяговой силы необходимо знать значения радиуса колеса (rк), передаточного числа трансмиссии и скорость движения автомобиля на различных передачах при различных частотах вращения коленчатого вала двигателя.
Радиус колеса для различных типов шин может быть определен по ГОСТ, в котором регламентированы статические радиусы для ряда значений нагрузки и давления воздуха в шинах.
Кроме того, радиус колеса (в метрах), можно рассчитать по номинальным размерам шины, используя выражение:
где d – диаметр обода колеса, м;
Вш – ширина профиля шины, м;
∆=Н/В - отношение высоты профиля к ширине в процентах;
λш – коэффициент смятия шины (для стандартных шин легковых автомобилей λш = 0,84…0,88, для шин грузовых автомобилей λш = 0,89…0,9).
Для определения скорости движения задается ряд значений частоты вращения коленчатого вала двигателя (ne, об/мин): 500, 1000, 1500. nемах. Значения скорости движения (Vа, м/с), соответствующие указанному ряду частот, рассчитывают по формуле:
где iтр - передаточное отношение трансмиссии.
Передаточное отношение трансмиссии автомобиля определяется передаточным отношением основной коробки передач (iк), делителя (iд) и главной передачи (iо):
Движение автотранспортного средства определяется действием сил тяги и сопротивления движению. Совокупность всех сил, действующих на автомобиль, выражает уравнения силового баланса:
где: Pi - индикаторная сила тяги, H;
Рд, Ро, Pтр, P , Pw, Pj - соответственно силы сопротивления двигателя, вспомогательного оборудования, трансмиссии, дороги, воздуха и инерции, H.
Значение индикаторной силы тяги можно представить в виде суммы двух сил:
где Pе - эффективная сила тяги, H.
Значение Pе рассчитывается по формуле:
где: Mе - эффективный крутящий момент двигателя, Нм;
r - радиус колес, м
i - передаточное число трансмиссии.
Если в задании на курсовую работу положение дроссельной заслонки не указывается, то зависимость эффективной силы тяги строят для случая работы двигателя при полной подаче топлива (100% открытии дросселя).
В этом случае, значение Mе принимают по внешней скоростной характеристике двигателя, которую можно найти в соответствующей технической литературе.
Значения силы сопротивления двигателя Рд, приведенной к ведущим колесам автомобиля, определяются по формуле:
где : Vh - рабочий объём цилиндров двигателя (литраж), л;
Sп - ход поршня, м;
- число ходов поршня за один цикл (тактность ДВС);
pдо - среднее давление механических потерь при вращении вала с предельно низкой частотой (nе≈ 0), МПа;
kД - коэффициент, учитывающий увеличение давления механических потерь при повышении скорости движения поршней в цилиндрах, МПа с/м.
Силу сопротивления вспомогательного оборудования автомобиля (Pо), приведенную к ведущим колесам, определяют по формуле:
где pоо - среднее давление газов, обеспечивающее привод вспомогательного оборудования автомобиля при предельно низкой частоте вращения коленчатого вала (nе » 0), МПа;
ko - коэффициент, учитывающий увеличение сопротивления вспомогательного оборудования при возрастании частоты вращения коленчатого вала, МПа с 2 .
Значения параметров pоо и ko, а также pд и kД приведены в табл. 2.1.
Значения параметров при расчете силы сопротивления двигателя
№ Коэффициент Единицы измерения Значения 1. 2. PДО kД МПа МПа с/м 0,045 0,015 3. 4. pоо ko МПа МПа (мин/об) 2 0,010 0,7 × 10 -8
Сила сопротивления трансмиссии Pтр для грузовых автомобилей и автобусов определяется по эмпирической формуле:
где Pхо- сила сопротивления проворачиванию валов агрегата трансмиссии на холостом ходу с предельно малой скоростью (Vа » 0), H;
av и mтр - коэффициенты соответственно скоростных (H с/м) и силовых потерь;
nтр - количество агрегатов (коробок передач, делителей, раздаточных коробок и главных передач) в трансмиссии;
Gм - номинальная нагрузка на ведущий мост автомобиля, H;
Kн - коэффициент, учитывающий тип автомобиля, H -1 .
Для автомобилей повышенной проходимости Kн = 10·10 -6 H -1 , для остальных автомобилей Kн = 7·10 -6 Н -1 .
При прогретых до стабильного состояния агрегатах трансмиссии av = 8,6 Нс/м; Рхо = 30 Н.
Значение коэффициента mтр принимается по табл.2.2.
Коэффициенты силовых потерь в трансмиссии (mтр)
Тип трансмиссии автомобиля Тип главной передачи 1 ступенчатая 2-х ступенчатая Прямая передача Разные передачи Прямая Передача Разные Передачи 4 х 2 0,016 0,036 0,024 0,046 6x4, с обходным редуктором в среднем мосту 0,030 0,050 0,040 0,060 4x4, с 3-х вальной РК 0,042 0,062 0,052 0,072 6x6, с 3-х вальной РК и проходным мостом 0,044 0,064 0,054 0,074
Сила сопротивления дороги рассчитывается по формуле:
где: α - угол продольного наклона дороги;
fv- коэффициент сопротивления качению;
G - полный вес автомобиля при заданной нагрузке, Н.
где: Gо - собственный вес автомобиля, Н;
Gг - вес груза, Н.
Коэффициент сопротивления качению применительно к той или иной скорости движения автомобиля определяется по формуле:
где fo, f1 - коэффициенты.
Сила лобового аэродинамического сопротивления определяется по формуле:
где k - коэффициент обтекаемости, Нс 2 /м 4 ;
F - площадь лобовой проекции автомобиля, м 2 .
Численные значения коэффициента обтекаемости и площади лобовой проекции для различных марок приведены в табл.2.3.
При отсутствии информации о параметрах рассчитываемого автомобиля площадь лобового сопротивления грузовых автомобилей и автобусов можно определить по формуле:
где: Bк, Нг - соответственно колея автомобиля и его наибольшая
(габаритная) высота, м.
Для легковых автомобилей F рассчитывается по формуле:
где: Bг - габаритная ширина легкового автомобиля, м.
Значение коэффициент обтекаемости
N А в т о м о б и л и k, Нс 2 /м 4 F, м 2 1. Легковые автомобили: ВАЗ-2101, 2103, 2106 0,29 1,7 ВАЗ-2121 0,23 2,2 "Москвич"- 412 0,32 1,8 ГАЗ-24 0,28 2,3 ГАЗ-3102 0,25 2,3 УАЗ-469 0,38 3,4 2. Автобусы: РАФ-2203 0,27 3,6 КАВЗ-685 0,32 5,9 ПАЗ-672 0,30 5,3 ПАЗ-3202 0,39 5,3 ЛАЗ-695Е 0,25 6,3 ЛАЗ-695Н 0,38 6,3 ЛАЗ-699 0,37 6,3 3. Грузовые автомобили: Иж-2715 0,32 2,1 ГАЗ-53А 0,59 3,8 ГАЗ-4509 0,68 4,5 ГАЗ-3305 0,81 4,1 ЗИЛ-130 0,54 5,1 ЗИЛ-131 0,64 5,4
Значения Bк, Bг и Нг приводятся в справочной литературе. Если в задании на курсовую работу не указываются дорожные и атмосферные условия движения автомобиля, то силы сопротивления Ртр, Рj, Рw рассчитываются для случая равномерного движения автомобиля (jа= 0 м/с) по горизонтальной (α = 0), ровной асфальтобетонной дороге (fо = 0,015; f1 = 1×10 -5 с 2 /м 2 ), при безветрии (Vв = 0 м/с), что соответствует условиям испытаний, предусмотренным ГОСТ 22576-90.