РАСЧЕТ ВНЕШНЕЙ СКОРОСТНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЯ

ВВЕДЕНИЕ

 

Задача транспорта полное удовлетворение потребностей народного хозяйства и населения в перевозках, повышение экономической эффективности его работы. Основная роль в решении транспортной проблемы принадлежит автомобильному транспорту общего пользования.

Для повышения эффективности транспорта необходимо ускорять создание и внедрение передовой техники и технологии, повышать производительность труда и интенсивность использования подвижного состава. Одновременно надо повышать безопасность движения, снижать отрицательное воздействие транспорта на окружающую среду.

Современный этап развития теории эксплуатационных свойств характеризуется углубленным изучением отдельных особенностей, оценкой их в комплексе и оптимизацией технических параметров. Это позволяет на стадии проектирования автомобиля создавать наиболее рациональные конструкции, а при использовании обеспечить максимальную эффективность их применения в конкретных условиях эксплуатации.

Целью выполнения курсового проекта является расчет тягово-скоростных и топливно-экономических свойств автомобиля ГАЗ-3307.Указанные эксплуатационные свойства автомобиля характеризуют возможность его эффективного использования в заданных условиях, позволяя оценить, в какой мере его конструкция соответствует требованиям эксплуатации.

Под тягово-скоростными свойствами понимается совокупность свойств, определяющих возможные диапазоны изменения скоростей движения по характеристикам двигателя или сцепления ведущих колес с дорогой и предельные интенсивности разгона автомобиля при его работе на тяговом режиме в различных дорожных условиях.

Топливная экономичность автомобиля характеризует его свойство рационально использовать энергию сжигаемого топлива. Чем меньше расход топлива, тем дешевле эксплуатация автомобиля.

 

 

ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА АВТОМОБИЛЯ

 

Для составления краткой технической характеристики автомобиля следует воспользоваться необходимой справочной литературой [5], а также данными, приведенными в приложении к пособию. К основным исходным данным, необходимым для дальнейших расчетов, относятся:

. Марка и тип автомобиля: ГАЗ-3307.

. Колесная формула: 4´2.

Автомобили, рассчитанные на движение по дорогам с усовершенствованным покрытием, имеют обычно два ведущих и два не ведущих колеса, а автомобили, рассчитанные в основном на эксплуатацию в тяжелых дорожных условиях, имеют все ведущие колеса. Эти различия отражаются в колесной формуле автомобиля, которая включает общее число колес и число ведущих.

. Число мест или масса перевозимого груза: 4500 кг.

. Собственная масса автомобиля: 3200 кг (в том числе на переднюю и заднюю оси, соответственно, 1435 и 1765 кг).

Собственная масса автомобиля - масса автомобиля в снаряженном состоянии без нагрузки. Слагается из сухой массы автомобиля (не заправленный и не снаряженный), массы топлива, охлаждающей жидкости, запасного колеса (колес), инструмента, принадлежностей и обязательного оборудования.

. Полная масса автомобиля: 7850 кг (в том числе на переднюю и заднюю оси, соответственно, 1875 и 5975 кг).

Полная масса - сумма собственной массы автомобиля и массы груза или пассажиров, перевозимых автомобилем.

. Габаритные размеры (длина, ширина, высота): 6550´2380´2350.

. Максимальная скорость автомобиля - 90 км/ч.

. Контрольный расход топлива: 19,6 л/100 км при 60 км/ч.

. Тип двигателя: ЗМЗ-53-11, карбюраторный, 4-тактный., V-образный, 8-цилиндровый, верхнеклапанный.

. Рабочий объем цилиндров: 4,25 л.

. Максимальная мощность двигателя: 88,5 кВт.

. Частота вращения вала, соответствующая максимальной мощности 3200 об./мин.

. Максимальный крутящий момент двигателя: 284,5 Н×м.

. Частота вращения вала, соответствующая максимальному крутящему моменту: 2000-2500 об./мин.

. Тип коробки передач: 4-ступенчатая передаточные числа - 6,55; 3,09; 1,71; 1,00; 3.Х.- 7,77

. Раздаточная коробка (если есть) - нет.

. Тип главной передачи одинарная гипоидная, передаточное число 6,17.

. Шины и их маркировка: радиальные, бескамерные или камерные, размер 8,25R20.

Краткие технические характеристики позволяют объективно сравнить основные технические показатели существующих автомобилей. Полная техническая характеристика приводится в руководстве по эксплуатации или в инструкции завода-изготовителя, прилагаемой к автомобилю. Заводская инструкция включает, помимо технических показателей автомобиля, сведения и рекомендации по обслуживанию его в эксплуатации.

 

РАСЧЕТ ВНЕШНЕЙ СКОРОСТНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЯ

 

Окружная сила на ведущих колесах, движущая автомобиль, возникает в результате того, что к ведущим колесам подводится через трансмиссию крутящий момент от двигателя.

Влияние двигателя на тягово-скоростные свойства автомобиля определяется его скоростной характеристикой, которая представляет собой зависимость мощности и момента на валу двигателя от частоты его вращения. Если эта характеристика снята при максимальной подаче топлива в цилиндр, то она называется внешней, если при неполной подаче - частичной. Скоростную характеристику находят экспериментально при испытании двигателя на тормозном стенде.

Для расчета внешней скоростной характеристики двигателя необходимо взять технические характеристики значения ключевых точек.

. Максимальная мощность двигателя: Рр, кВт.

Частота вращения вала, соответствующая максимальной мощности: np, об./мин.

. Максимальный крутящий момент двигателя: Ме(mах), кН×м.

Частота вращения вала, соответствующая максимальному крутящему моменту: nM, об./мин.

Промежуточные значения определяются из уравнения полинома:

 

Pe = Pp[a(we: wp) + b(we: wp)2 + c(we: wp)3], (2.1)

 

где Рe - текущее значение мощности двигателя, кВт;

Рp - максимальная мощность двигателя, кВт;- текущее значение частоты вращения коленчатого вала, рад/с;- частота вращения коленчатого вала в расчетном режиме, соответствующая максимальному значению мощности, рад/с;

а, b, с - коэффициенты полинома.

Рассчитаем коэффициенты полинома по следующим уравнениям:

 

; (2.2)

; (2.3)

, (2.4)

 

где Км - коэффициент приспособляемости по моменту;

Кw - коэффициент приспособляемости по частоте вращения.

Коэффициенты приспособляемости

 

Км = Ме(mах): Мр; (2.5)= wp: wм, (2.6)

 

где Мр - момент, соответствующий максимальной мощности;

 

Мр = Pp: wp. (2.7)

 

Перевод частоты об./мин в рад/с

= p n: 30. (2.8)

 

Для проверки правильности расчетов коэффициентов полинома должно выполняться равенство: а + b + с = 1.

Подставив имеющиеся теперь исходные данные в уравнение полинома, вычисляем значения мощности двигателя. Расчет характеристик Ре = f(we) следует производить для следующих значений we: we(min), wм, wр и еще 3-4 точки, равномерно расположенные в диапазоне частоты от we(min) до wр. Для карбюраторных двигателей без ограничения частоты вращения коленчатого вала мощность рассчитывается также для wе(max) = (1,10…1,15)wр. Для дизельных двигателей устойчивое значение максимальной частоты вращения wе(max) = wр.

Значение величины крутящего момента

= Ре: we. (2.9)

 

Рассчитанные значения мощности и момента будут несколько отличаться от фактических, передаваемых в трансмиссию за счет потерь мощности двигателя на привод вспомогательного оборудования. Поэтому фактические значения мощности и момента определяются по формулам:

 

Ре(ф) = Кп Ре; (2.10)

Ме(ф) = Кп Ме, (2.11)

 

где Кп − коэффициент, учитывающий потери мощности на привод вспомогательного оборудования; Кп = 0,95…0,98 − для легковых автомобилей; Кп = 0,93…0,96 − для грузовых и автобусов. (примем Кп = 0,93)

Рассчитаем внешнюю скоростную характеристику двигателя автомобиля ГАЗ-3307

Значения в ключевых точках берём из краткой технической характеристики:

. Максимальная мощность двигателя Рр = 88,5 кВт.

Частота вращения вала, соответствующая максимальной мощности, = 3200 об/мин.

. Максимальный крутящий момент двигателя Ме(mах) = 284,5 Н×м.

Частота вращения вала, соответствующая максимальному крутящему моменту, nM = 2500 об/мин.

Произведем перевод частот в рад/с:м = 3,14 × 2500: 30 = 261,7 рад/с;р = 3,14 × 3200: 30 = 335 рад/ с.

Тогда крутящий момент при максимальной мощности

Мр = 88,5: 335 = 0,264 кН×м.

Определим коэффициенты приспособляемости по моменту и по частоте вращения:

Км = 0,2845: 0,264 = 1,077;= 335,1: 261,7 = 1,391.

Приведем расчет коэффициентов полинома:

;

;

.

Проверка: 0, 573+ 1,404 - 0,977 = 1.

Следовательно, расчеты коэффициентов произведены правильно.

Приведем расчеты мощности и крутящего момента для холостого хода. Минимальная частота вращения, при которой двигатель работает устойчиво с полной нагрузкой, находится в пределах we(min) = 60…80 рад/с, причем меньшее значение характерно для карбюраторных двигателей, а большее - для дизельных.(60) = 88,5 [0,576 (60: 335,1] + 1,404 (60: 335,1)2 - 0,977 (60: 335,1)3] = 12,56 кВт;

Ме(60) = Ре(60): Wе = 12,56: 60 = 0,209 кН×м;

Реф(60) = Ре(60) × 0,93 = 12,56 × 0,93 = 11,68 кВт;

Меф(60) = Ме(60) · 0,93 = 0,209 × 0,93 = 0,195 кН×м.

Дальнейшие расчеты заносим в таблицу 2.1, по данным которой строим графики изменения внешней скоростной характеристики (рисунок 2.1).

Me = f(We); Ме(ф) = f(We); Pe = f(We); Ре(ф) = f(We).

 

Правильность расчетов и построений проверяем следующим образом:

) кривая изменения мощности обязательно должна проходить через точку с координатами (Рр; Wp);

) кривая изменения момента двигателя должна проходить через точку с координатами (Ме(мах); Wм);

) экстремум функции моментов должен находиться в точке с координатами (Ме(мах); Wм).

 

Таблица 2.1 - Расчет значений внешней скоростной характеристики

Параметры	Wx.x	W1	Wм	W3	W4	Wp	1,1 Wp	Wм
Wе, рад/с	60,00	115,02	170,04	225,06	280,08	335,10	368,61	261,70
We / Wp	0,179	0,343	0,507	0,672	0,836	1,0	1,1	0,8
Ре, кВт	12,56	28,54	46,42	63,90	78,69	88,50	91,05	74,19
Ме, кН×м	0,209	0,248	0,273	0,284	0,281	0,264	0,247	0,284
Ре(ф), кВт	11,68	26,54	43,17	59,43	73,19	82,31	84,68	69,00
Ме(ф), кН×м	0,195	0,231	0,254	0,264	0,261	0,246	0,230	0,264

 

Вывод: в данном разделе была рассчитана и построена внешняя скоростная характеристика, которая удовлетворяет выше перечисленным трем условиям