Краткая техническая характеристика автомобиля КрАЗ-65053

Отчет по практическим занятиям по дисциплине

«Автомобили: эксплуатационные свойства»

 

Выполнил:                                                               ст. гр. АХ-61 Лыков И. М.

 

Проверил:                                                                                  Козликин В. И.

 

Курск 2009

Содержание

 

Введение. 3

1. Расчет показателей эксплуатационных свойств автомобиля КрАЗ-65053. 3

1.1 Краткая техническая характеристика автомобиля КрАЗ-65053. 3

1.2 Внешняя скоростная характеристика двигателя. 4

1.3 Тяговая характеристика автомобиля. Тяговый баланс. 8

1.4 Динамический фактор и динамическая характеристика. 11

1.5 Ускорение, время и путь разгона. 15

1.6 Топливно-экономическая характеристика. 22

1.7 Тормозная динамика автомобиля. 25

1.8 Проходимость автомобиля. 30

1.9 Управляемость. 33

Заключение. 35

Список использованных источников. 37

Введение

 

Стремление к совершенствованию конструкции и эффективному использованию автомобилей обусловливает необходимость оценки их качества.

Автомобили характеризуются большим количеством свойств, образующих иерархическую структуру («дерево свойств»). Принято считать, что качество является некоторым наиболее обобщенным, комплексным свойством автомобиля и рассматривается как самый высокий уровень указанной структуры. При этом под качествомавтомобиля понимается совокупность всех свойств, определяющих его пригодность удовлетворять потребности в соответствии с назначением.

Составляющие качества - эксплуатационныесвойстваавтомобиля(топливная экономичность, экологическая безопасность, управляемость, динамичность, устойчивость, плавность хода, проходимость) образуют следующий уровень иерархии. В свою очередь, каждое из названных свойств также может состоять из некоторого числа еще менее общих характеристик. Например, динамика автомобиля обусловлена разгонными, скоростными, тяговыми и тормозными свойствами, а его проходимость определяется опорными, сцепными свойствами и показателями профильной (геометрической) проходимости, которые располагаются на еще более низком уровне иерархической совокупности свойств.

Эксплуатационные свойства автомобиля отражают объективные особенности его конструкции, проявляются в процессе эксплуатации и характеризуют возможности автомобиля при выполнении основной функции -перевозить грузы и пассажиров.

Суждение о качестве автомобиля должно базироваться на соответствующей системе количественных показателей и характеристик. Совокупность этих измерителей должна обеспечить всестороннюю, полную и объективную оценку всех эксплуатационных свойств автотранспортных средств.

Метод оценки качества конструкции автомобиля по значениям показателей его эксплуатационных свойств предложен в 1928 году академиком Е.А.Чудаковым. В настоящее время номенклатура оценочных показателей эксплуатационных свойств автотранспортных средств и методы их определения устанавливаются государственными (ГОСТ), отраслевыми (ОСТ) и международными стандартами и правилами (стандарты ИСО, правила ЕЭК ООН).

Физический смысл и содержание каждого из указанных эксплуатационных свойств рассмотрены ниже.

Произведем анализ и количественную оценку эксплуатационных свойств автомобиля КрАЗ-65053.

 

 

1 Расчет показателей эксплуатационных свойств автомобиля КрАЗ-65053

Краткая техническая характеристика автомобиля КрАЗ-65053

 

 

Весовые параметры и нагрузки а/м:

Полная масса, кг                                                                                       28000

Полная масса, нагрузка на заднюю тележку, кг                                     22400

Двигатель

Номинальная мощность, кВт /                                                          243 / 2100

при частоте вращения коленчатого вала, об/мин

Максимальный крутящий момент, Нм /                                1305 / 1200-1400

при частоте вращения коленчатого вала, об/мин

Коробка передач

Передаточные числа на передачах        1—7,30 / 2—4,86 / 3—3,5 /4—2,48 /

                                      5—2,09 / 6—1,39 / 7—1,0 / 8—0,71 / ЗХ—10,46-2,99

Колеса и шины

Размер шин                                                                                        12.00 R20

Общие характеристики

Максимальная скорость не менее, км/ч                                                         90

Угол преодолеваемого подъема не менее, %                                                30

Главная передача

Передаточное отношение                                                                          6,154

Раздаточная коробка

Передаточное отношение                                                                                 -

 

 

1.2  Внешняя скоростная характеристика двигателя

 

Источником энергии на автомобиле служит двигатель внутреннего сгорания. Величина его мощности зависит от частоты вращения коленчатого вала, количества и состава горючей смеси в цилиндрах, опережения зажигания у карбюраторного двигателя или впрыска у дизеля и т.д. При исследовании динамичности автомобиля изменение мощности рассматривают в зависимости от частоты вращения коленчатого вала, считая, что остальные параметры оптимальные, т.е. используют скоростную характеристику двигателя. Скоростная характеристика графическое изображение зависимости мощности и крутящего момента от частоты вращения коленчатого вала двигателя. Если скоростную характеристику определяют при полном открытии дроссельной заслонки или полной подаче топлива, то ее называют внешней скоростной характеристикой.

Внешнюю скоростную характеристику дизельного двигателя снимают при максимальной подаче топлива и отключенном всережимном регуляторе n_max= n_N.

На внешней скоростной характеристике двигателя отмечают следующие характерные точки :

n_min - минимальная устойчивая частота вращения коленчатого вала при полной нагрузке двигателя;

n_M - частота вращения коленчатого вала, соответствующая максимальному крутящему моменту двигателя M_max

n_N - частота вращения коленчатого вала при максимальной мощности N_N;

Для существующих конструкций автомобильных двигателей отношения n_max/n_N колеблются в следующих пределах: 1,10...1,25 — для карбюраторных двигателей без ограничителя максимальных оборотов; 0,8...1,15 — для карбюраторных двигателей с ограничителем и 0,9... 1,0 - для дизелей.

Способность двигателя к преодолению кратковременных перегрузок характеризует коэффициент приспособляемости К_M) представляющий собой отношение максимального крутящего момента М_M к крутящему моменту при максимальной мощности M_N

                                                                                           (1)

Между мощностью, крутящим моментом и частотой, вращения коленчатого вала двигателя существует зависимость:

                                                                                         (2)

где  — угловая скорость коленчатого вала, 1/с.

Внешняя скоростная характеристика двигателя может быть рассчитана по эмпирическим зависимостям. Одной из них является формула С. Р. Лейдермана.

Для пользования ею необходимо знать лишь одну точку внешней скоростной характеристики с координатами N_N ,n_N. Эта формула записывается так:

                                         (3)

где N_e, n_e - соответственно текущие значения эффективной мощности и частот вращения коленчатого вала;

                                                                             (4)

                                                                             (5)

                                                                                     (6)

                                                                                          (7)

                                                                                 (8)

                                                                                            (9)

Зная максимальную мощность двигателя N_max, частоту вращения коленчатого вала при максимальной мощности n_N коэффициенты c₁, c₂ и c₃ , можно по формуле (3), задавшись различными значениями n_е, рассчитать соответствующие им величины эффективной мощности N_e.

 

Вычислим промежуточные значения :

;

.

Определим крутящий момент при максимальной мощности:

.

Находим коэффициенты запаса по крутящему моменту и числу оборотов:

; ;

.

Подсчитываем значения коэффициентов Лейдермана:

Производим расчет N_e и M_e для каждой частоты вращения коленчатого вала и сводим результаты в таблицу:

 

.

 

Таблица 1 — Результаты расчета внешней скоростной характеристики

Основные показатели работы двигателя	Частота вращения коленчатого вала n, об/мин
	600	1000	1300	1700	2100
Эффективная мощность, кВт	63	119	160	213	243,00
Эффективный крутящий момент, Hм	1000	1130	1170	1200	1100

двигателя автомобиля КрАЗ-65032-040

Вычисляем погрешность определения крутящего момента:

 

По данным таблицы строим внешнюю скоростную характеристику двигателя (рисунок 1).

 

Рисунок 1 – Внешняя скоростная характеристика двигателя

автомобиля КрАЗ-65053

1.3  Тяговая характеристика автомобиля. Тяговый баланс

 

Тяговой характеристикой называют зависимость тягового усилия на ведущих колесах от скорости автомобиля, построенную для всех его передач. Тяговая характеристика определяется расчетным или экспериментальным путем. Исходной точкой служит внешняя скоростная характеристика двигателя. Так как она определяется при полном открытии дроссельной заслонки или полной подаче топлива (дизели) на установившихся режимах, то и тяговая характеристика будет соответствовать установившимся режимам и максимальным тяговым возможностям автомобиля.

По величинам эффективных крутящих моментов по формуле

                                                                                  (10)

находят тяговые усилия на ведущих колесах, а по частоте вращения коленчатого вала рассчитывают соответствующие скорости автомобиля

                                                                                  (11)

где i_k - передаточное число коробки передач; i₀ - передаточное число главной передачи;  - механический КПД трансмиссии; r_k - радиус качения колеса (кинематический). В нормальных условиях эксплуатации на дорогах с твердым покрытием пробуксовка и скольжение колес сравнительно невелики, и радиусы колеса статический, динамический и кинематический практически мало отличаются друг от друга. Поэтому для расчетов, не требующих большой точности, берут некоторые средние величины радиуса колеса, который называют рабочим или просто радиусом колеса. Этот радиус, обозначенный через r_k, вычисляют по формуле

                                                                                               (12)

где  — коэффициент деформации шины;

г₀ — свободный радиус

                                                                                   (13)

где d₀ — посадочный диаметр шины на диск;

Н_ш — высота профиля шины.

Дифференциальное уравнение движения автомобиля является его тяговым балансом, связывающим силы движущие с силами сопротивлений.

                                                                           (14)

где  — сила сопротивления качению автомобиля;

 — сила сопротивления подъему;

 — сила сопротивления воздушной среды;

 — сила инерции.

Сила сопротивления качению автомобиля по горизонтальной дороге

,                                                                                         (15)

а при подъеме.

                                                                                (16)

где G_a — сила тяжести автомобиля (полная);

f — коэффициент сопротивления качению автомобиля; его

принимают одинаковым для всех колес автомобиля;

 — продольный угол подъема.

Уклон дороги дополнительно вызывает силу сопротивления подъему

                                                                                (17)

Сумма сил и  определяет сопротивление дороги

                                                      (18)

Величину  называют коэффициентом сопротивления дороги, т.е.

                                                                                           (19)

При движении автомобиль воспринимает давление воздушного потока в виде силы . С целью упрощения расчетов силу сопротивления воздуха  определяют с помощью эмпирической зависимости

                                                                                 (20)

где К_а — коэффициент обтекаемости автомобиля, зависящий от формы и качества отделки поверхности, Н с²/м⁴

F — лобовая площадь автомобиля, м

Лобовая площадь автомобиля определяется с помощью следующих приближенных зависимостей: для грузовых автомобилей и автобусов

F = ВН_а                                                                                                                                                               (21)

где В — колея автомобиля

Н_а — наибольшая (габаритная) высота автомобиля

При расчетах Va (м/с) и Рк (Н) на различных передачах вместо i_K в формулах (4) и (5) ставят передаточные числа коробки передач, соответствующие рассчитываемым передачам, т.е.

 

Определяем скорости движения автомобиля и тяговые усилия на ведущих колесах, соответствующие частотам вращения коленчатого вала двигателя и передаточным числам трансмиссии:

I-я передача :

;

.

Аналогично производим расчет для остальных частот вращения коленчатого вала двигателя и передаточных чисел трансмиссии. Полученные результаты заносим в таблицу.

 

Таблица 2 — Результаты расчета тяговой характеристики

автомобиля КрАЗ-65032-040

ne, мин-1	Ме, Нм	I-я i1 = 7,3		II-я i2 = 4,86		III-я i3 = 3,5		IV-я i4 = 2,48
		VIa, м/с	PIk,  H	VIIa, м/с	PIIk, H	VIIIa, м/с	PIIIk, H	VIVa, м/с	PIVk, H
600	1000	0,8	65383	1,2	43531	1,7	31349	2,4	22213
1000	1130	1,3	73886	2,04	49190	2,8	35425	4	25101
1300	1170	1,7	76501	2,6	50931	3,6	36678	5,2	25969
1700	1200	2,3	78463	3,4	52237	4,8	37619	6,8	26656
2100	1100	2,8	71924	4,2	47884	5,9	34484	8,4	24434
ne, мин-1	Ме, Нм	V-я i5 = 2,09		VI-я i6 = 1,39		VII-я i7 = 1		VIII-я i8 = 0,71
		VVa, м/с	PVk, H	VVIa, м/с	PVIk, H	VVIIa, м/с	PVIIk, H	VVIIIa, м/с	PVIIIk, H
600	1000	2,8	18720	4,3	12450	5,9	8957	8,3	6959
1000	1130	4,7	21153	7,1	14068	10	10121	14	7186
1300	1170	6,1	21902	9,2	14566	13	10479	18	7440
1700	1200	8	22464	12,1	14940	17	10748	24	7631
2100	1100	10	20592	15	13695	21	9852	29,4	6995

 

Рассчитываем сопротивление дороги, задавшись условиями:

, ;

, .

Силы сопротивления качению автомобиля:

;

.

Силы сопротивления подъему:

;

Силы сопротивления дороги:

;

.

Вычисляем силу сопротивления воздушной среды.

Лобовая площадь автомобиля:

.

Коэффициент обтекаемости автомобиля:

.

Находим значения силы сопротивления воздушной среды для стандартных скоростей по формуле

,

и заносим данные в таблицу.

 

Таблица 3 — Силы сопротивления воздушной среды на различных

скоростях движения автомобиля

 

Va = 3.6 м/с	= 87.9 Н
Va = 7.2 м/с	= 351.8 Н
Va = 10.8 м/с	= 791.5 Н
Va = 14.4 м/с	= 1407.2 Н
Va = 18 м/с	= 2198.8 Н
Va = 21.6 м/с	= 3196.3 Н
Va = 25.2 м/с	= 4309.7 Н

 

По данным таблиц 2 и 3 строим тяговую характеристику (рисунок 2).

По графику определяем: максимальная скорость автомобиля при дорожных условиях ,  не более 22,58 м/с (81,3 км/ч) на VIII-й передаче. При дорожных условиях ,  максимальная скорость автомобиля не более 4,8 м/с (17,3 км/ч) на IV-й передаче.

 

1.4 Динамический фактор и динамическая характеристика

 

Для сравнения динамичности автомобилей, имеющих различные массы академик Е.А. Чудаков, предложил пользоваться динамическим фактором

                                                                                       (22)

где D — динамический фактор.

Определив из уравнения

                                                           (22’)

разность  и имея в виду, что , подставим ее в формулу (5)

                                                                   (23)

 

Рисунок 2 – Тяговая характеристика автомобиля КрАЗ-65032-040

 

Из (23) следует, что динамический фактор представляет собой удельную силу тяги, идущую на преодоление силы  суммарного сопротивления дороги и силы инерции . При установившемся движении (dV/dt = 0) динамический фактор равен коэффициенту суммарного сопротивления дороги

                                                                      (24)

Динамический фактор обычно выражают правильной дробью, но можно выразить и в процентах. В последнем случае результат умножают на 100.

Зависимость динамического фактора от скорости при полном открытии дроссельной заслонки или при полной подаче топлива (дизель), представленную для всех передач, называют динамической характеристикой автомобиля.

Определение максимального подъема, преодолеваемого автомобилем. Выше указывалось, что максимальный подъем преодолевается автомобилем при установившейся скорости, раиной критической , и максимальном динамическом факторе D_max. Подставив в (24) D_max и  получим тригонометрическое уравнение, решение которого даст значение

или .

Возведя в квадрат левую и правую части последнего уравнения, после преобразования получим тригонометрическое квадратное уравнение

.                                (25)

Его решение

.                                                      (26)

 При небольших углах подъема можно принять, что , а  Тогда

.                                                                               (27)

Влияние полезной нагрузки на динамический фактор. Формула (22) определяет динамический фактор при полной нагрузке. Если полезная нагрузка уменьшится, то вес автомобиля G_x также уменьшится, а динамический фактор увеличится:

                                                                                   (22")

где D_x — новое значение динамического фактора, соответствующее другому весу автомобиля G_x. Формулу (22") можно преобразовать к виду

                                                                  (28)

Таким образом, динамический фактор D_x при частичной полезной нагрузке прямо пропорционален динамическому фактору D и весу автомобиля при полной нагрузке и обратно пропорционален весу автомобиля при частичной нагрузке.

 

Рассчитываем силы сопротивления воздушной среды для вычисленных скоростей автомобиля на всех передачах переднего хода и определяем для каждого случая динамический фактор:

;

.

Определяем дорожные условия  и :

, ; ;

, ; .

 

Таблица 4 — Результаты расчета динамической характеристики

автомобиля КрАЗ-65053

ne, мин-1	Ме, Нм	I-я i1 = 7,3				II-я i2 = 4,86
		VIa, м/с	PIk,    H	PIω,  H	D	VIIa,    м/с	PIIk,  H	PIIω,  H	D
600	1000	0,8	65383	4.3	0,23	1,2	43531	9.7	0.15
1000	1130	1,3	73886	11.4	0,26	2.04	49190	28.24	0.17
1300	1170	1,7	76501	19.6	0,27	2,6	50931	45.8	0.18
1700	1200	2.3	78463	35.9	0,28	3.4	52237	78.4	0.19
2100	1100	2,8	71924	53.2	0,26	4.2	47884	119.7	0.17
ne, мин-1	Ме, Нм	III-я i3 = 3,5				IV-я i4 = 2,48
		VIIIa, м/с	PIIIk,  H	PIIIω, H	D	VIVa, м/с	PIVk, H	PIVω, H	D
600	1000	1,7	31349	19.6	0,11	2.4	22213	39	0,08
1000	1130	2,8	35425	53.2	0,12	4	25101	108.5	0,09
1300	1170	3,6	36678	87.9	0,13	5.2	25989	183.5	0,09
1700	1200	4,8	37619	156.3	0,13	6.8	26656	313.8	0,09
2100	1100	5,9	34484	236.2	0,12	8.4	24434	478.8	0,08
ne, мин-1	Ме, Нм	V-я i5 = 2,09				VI-я i6 = 1,39
		VVa, м/с	PVk,  H	PVω,  H	D	VVIa, м/с	PVIk, H	PVIω,  H	D
600	1000	2,8	18720	53.2	0,068	4.3	12450	125.4	0,044
1000	1130	4.7	21153	150	0,076	7.1	14068	342.1	0,05
1300	1170	6.1	21902	252.5	0,078	9.2	14566	574.4	0,05
1700	1200	8	22464	434	0,08	12.1	14940	993.6	0,05
2100	1100	10	20592	678.5	0,072	15	13695	1526.9	0,044
ne, мин-1	Ме, Нм	VII-я i7 = 1,00				VIII-я i8 = 0,71
		VVIIa, м/с	PVIIk, H	PVIIω,  H	D	VVIIIa, м/с	PVIIIk, H	PVIIIω, H	D
600	1000	5.9	8957	236.2	0,031	8.3	6359	467.5	0,021
900	1130	10	10121	678.5	0,034	14	7186	1330.1	0,021
1300	1170	13	10479	1146.9	0,034	18	7440	2198.8	0,019
1700	1200	17	10748	1961.3	0,032	24	7631	3909	0,013
2100	1100	21	9852	2992.8	0,024	29.4	6995	5865.9	0,004

 

По данным таблицы строим динамическую характеристику автомобиля (рисунок 3).

Задача 1. Определение скорости установившегося движения и передачи, на которой возможно движение, при заданных дорожных условиях.

При дорожных условиях  возможно движение автомобиля на VIII-й передаче со скоростью не более 24,15 м/с (86,94 км/ч).

При дорожных условиях  возможно движение автомобиля на IV-й передаче со скоростью не более 5,8 м/с (20,88 км/ч).

 

Задача 2. Определение передачи и дорожных условий, при которых возможно движение со скоростью 60 км/ч.

При скорости 60 км/ч возможно движение на VII-й передаче при дорожных условиях  и на VIII-й передаче при дорожных условиях .

 

Задача 3.Определение максимального подъема, преодолеваемого автомобилем на каждой из передач.

Вычисляем значение углов подъема для каждой передачи и заносим полученные данные в таблицу 5:

Передача	Dmax	, градусы
I	0,28	14,84
II	0,19	9,92
III	0,13	6,56
IV	0,092	4,4
V	0,08	3,71
VI	0,052	2,11
VII	0,034	1,08
VIII	0,021	0,34

Таблица 5 — Максимальные углы подъема, преодолеваемые автомобилем на каждой из передач

 

1.5 Ускорение, время и путь разгона

 

Ранее динамичность оценивалась в основном при установившемся движении. Однако, движение автомобиля в городе с постоянной скоростью составляет около 20... 40%, а движение накатом и торможение занимают 30... 40%.

 

Рисунок 3 – Динамическая характеристика автомобиля КрАЗ-65032-040

 

Ускорение. Его можно определить из уравнения (22') и (23): чем выше ускорение, тем больше при прочих равных условиях, средняя скорость. Чтобы выявить максимальные возможности автомобиля при