Тяговый расчет автомобиля ГАЗ-53А с двигателем ЗМЗ–53

1. Внешняя скоростная характеристика двигателя ЗМЗ-53

Внешняя скоростная характеристика представляет собой зависимость эффективной мощности [кВт]_, эффективного крутящего момента [Н· м], удельного расхода топлива [г/кВт· ч], часового расхода топлива [кг/ч]_, от частоты вращения коленчатого вала [об/мин] при установившемся режиме работы двигателя и максимальной подаче топлива.

Определение текущего значения эффективной мощности , [кВт] от частоты вращения коленчатого вала двигателя производится по эмпирической зависимости, предложенной С.Р. Лейдерманом:

где — максимальная эффективная мощность двигателя [кВт];

— текущая частота вращения [об/мин];

— частота вращения при максимальной мощности [об/мин];

Для бензинового двигателя коэффициенты =1 и =1

Определение наименьшей устойчивой — и максимальной — частот вращения коленчатого вала [об/мин]

=0,13· n_N; = 0,13· 3200 = 416 об/мин Т.к. на двигателе установлен ограничитель частоты вращения коленчатого вала, то:

=1,2· n_N; = 1,2· 3200 = 3840 об/мин

= 11,7 кВт Значения эффективной мощности двигателя сводятся в таблицу 1

Определение мощности НЕТТО двигателя , [кВт]

= 0,9·; = 0,9· 11,7 = 10,5 кВт Значения мощности НЕТТО двигателя сводятся в таблицу 1

Определение эффективного крутящего момента двигателя , [Н· м]

=9550·; == 279,3 Н· м Значения эффективного крутящего момента двигателя сводятся в таблицу 1

Определение крутящего момента двигателя НЕТТО , [Н· м]

= 0,9·; = 0,9· 279,3 = 251,4 Н· м Значения крутящего момента двигателя НЕТТО сводятся в таблицу 1

Определение удельного расхода топлива , [г/кВт· ч]

где — минимальный удельный расход топлива [г/кВт· ч]

= 327,2 [г/кВт· ч]

Значения удельного расхода топлива двигателя сводятся в таблицу 1

Определение часового расхода топлива двигателя , [кг/ч]

= 3,8 кг/ч Значения часового расхода топлива двигателя сводятся в таблицу 1

2. Тяговый баланс автомобиля

Тяговый баланс автомобиля — это совокупность графиков зависимостей силы тяги на ведущих колесах, [Н] (на различных передачах), а также суммы сил сопротивления качению, [Н] и воздуха, [Н] от скорости движения автомобиля [км/ч]

Расчет сил тяги на колесах для каждой передачи , [Н]

где — коэффициент полезного действия трансмиссии;

— передаточное число трансмиссии;

— радиус качения колеса, [м]

где — передаточное число коробки переменных передач

— передаточное число главной передачи Радиус качения колеса, [м] для радиальной шины определяется как:

КПД трансмиссии определяется:

где K — число пар цилиндрических шестерен в трансмиссии автомобиля, через которые передается крутящий момент натой передаче;

L — число пар конических или гипоидных шестерен;

M — число карданных шарниров.

Расчет скорости движения автомобиля для каждой передачи , [км/ч]

Расчет силы тяги на колесах и скорости автомобиля на 1-й передаче

м

Н

км/ч Значения силы тяги на колесах и скорости автомобиля на 1-й передаче сводятся в таблицу 2

Расчет силы тяги на колесах и скорости автомобиля на 2-й передаче

Н

км/ч Значения силы тяги на колесах и скорости автомобиля на 2-й передаче сводятся в таблицу 2

Расчет силы тяги на колесах и скорости автомобиля на 3-й передаче

Н

км/ч Значения силы тяги на колесах и скорости автомобиля на 3-й передаче сводятся в таблицу 2

Расчет силы тяги на колесах и скорости автомобиля на 4-й передаче

Н

км/ч Значения силы тяги на колесах и скорости автомобиля на 4-й передаче сводятся в таблицу 2

Расчет силы сопротивления качению колес автомобиля по дорожному покрытию , [Н]

где — масса полностью загруженного автомобиля, [кг]

= 9,8 — ускорение свободного падения, [м/с²]

— коэффициент сопротивления качению автомобильного колеса

где = 0,018 — коэффициент сопротивления качению колес автомобиля по асфальтобетону;

= 0,03 — коэффициент сопротивления качению колес автомобиля по грунтовой дороге.

Расчет коэффициента сопротивления качению колеса и силы сопротивления качению колес автомобиля по асфальтобетону , [Н]

Н

Расчет коэффициента сопротивления качению колеса и силы сопротивления качению колес автомобиля по грунтовой дороге, [Н]

Н Значения сил сопротивления качению колес автомобиля сводятся в таблицу 3

Расчет силы сопротивления воздуха действующей на автомобиль , [Н]

где — коэффициент обтекаемости формы автомобиля, [кг/м³]

— площадь МИДЕЛЯ — площадь проекции автомобиля на плоскость перпендикулярную продольной оси, [м²].

[кг/м³],

где — коэффициент аэродинамического сопротивления;

= 1,225 [кг/м³] - плотность воздуха

[м²],

где — колея передних колёс автомобиля, [м]

— наибольшая высота автомобиля, [м]

м²

кг/м³

Н Значения сил сопротивления воздуха автомобиля сводятся в таблицу 3

;

Н укатанная снеж. дорога

Н мокрый асфальт

Н сухая грунт. дорога

Н сухой асфальт

3. Динамический фактор автомобиля

Динамический фактор автомобиля представляет собой совокупность динамических характеристик, номограммы нагрузок автомобиля.

Динамическая характеристика — это зависимость динамического фактора автомобиля с полной нагрузкой от скорости его движения

.

Динамическим фактором автомобиля называется отношение разности силы тяги и силы сопротивления воздуха к весу автомобиля:

.

Расчет динамического фактора и силы сопротивления воздуха , [H] на 1-ой передаче

Н Значения динамического фактора и силы сопротивления воздуха на 1-й передаче сводятся в таблицу 4

Расчет динамического фактора и силы сопротивления воздуха , [H] на 2-ой передаче

Н Значения динамического фактора и силы сопротивления воздуха на 2-й передаче сводятся в таблицу 4

Расчет динамического фактора и силы сопротивления воздуха , [H] на 3-ей передаче

Н Значения динамического фактора и силы сопротивления воздуха на 3-й передаче сводятся в таблицу 4

Расчет динамического фактора и силы сопротивления воздуха , [H] на 4-ой передаче

Н Значения динамического фактора и силы сопротивления воздуха на 4-й передаче сводятся в таблицу 4

Расчет суммарного коэффициента сопротивления дороги

С учетом того, что автомобиль движется по ровной, горизонтальной поверхности дороги, то

Значения коэффициентов сопротивления качению колес по асфальтобетону и по грунтовой дороге берутся из таблицы 3

Значения коэффициента суммарного сопротивления движения автомобиля по асфальтобетону и по грунтовой дороге сводятся в таблицу 5

мм

мм

=>

4. Характеристика ускорений автомобиля

Характеристика ускорений — это зависимость ускорений автомобиля от скорости, [м/с²], при его разгоне на каждой передаче.

Величину ускорений , [м/с²] при разгоне автомобилей рассчитывают из выражения:

где — коэффициент суммарного дорожного сопротивления по асфальтобетонному покрытию (=);

— коэффициент, учитывающий инерцию вращающихся масс при разгоне автомобиля

где — момент инерции маховика и разгоняющихся деталей автомобиля, [кг/м²];

— момент инерции колес автомобиля, [кг/м²];

n=4 — общее число колес автомобиля Таким образом, величина коэффициента показывает, во сколько раз увеличиваются силовые и мощностные затраты, связанные с разгоном автомобиля, по причине разгона вращающихся масс автомобиля (двигателя, шестерен и валов трансмиссии, колес и связанных с ними деталей)

Расчет величины ускорения при разгоне автомобиля на 1-ой передаче

м/с²

Значения величины ускорения при разгоне автомобиля на 1-ой передаче сводятся в таблицу 5

Расчет величины ускорения при разгоне автомобиля на 2-ой передаче

м/с²

Значения величины ускорения при разгоне автомобиля на 2-ой передаче сводятся в таблицу 5

Расчет величины ускорения при разгоне автомобиля на 3-ей передаче

м/с²

Значения величины ускорения при разгоне автомобиля на 3-ей передаче сводятся в таблицу 5

Расчет величины ускорения при разгоне автомобиля на 4-ой передаче

м/с²

Значения величины ускорения при разгоне автомобиля на 4-ой передаче сводятся в таблицу 5

5. Характеристика времени и пути разгона автомобиля

Характеристика разгона представляет собой зависимости времени

t = f(V_a), [c] и пути S = f(V_a), [м], разгона полностью загруженного автомобиля, на отрезке ровного, горизонтального шоссе с асфальтобетонным покрытием. Для определения времени разгона воспользуемся графиком зависимости j_a = f(V_a).

Время разгона

Время движения автомобиля, при котором его скорость возрастает на величину, определяется по закону равноускоренного движения:

где: км/ч

— значение ускорения в начале интервала, [м/с²]

— значение ускорения в конце интервала, [м/с²]

Суммарное время разгона автомобиля на заданной передаче от минимальной скорости V_{a min} до максимальной скорости V_{a max} находят суммированием времени разгона на интервалах:

где: q — общее число интервалов.

Определение значений времени разгона автомобиля

м/с²

км/ч

с Значения времени разгона автомобиля сводятся в таблицу 6

Путь разгона

[м] - путь, проходимый автомобилем за время

— значение скорости в начале интервала, км/ч

— значение скорости в конце интервала, км/ч

— время движения автомобиля, при котором его скорость возрастает на величину

Путь, проходимый автомобилем при его разгоне, от минимальной скорости

V_{a min} = 0 до максимальной — V_{a max}, находят суммированием расстояний на интервалах:

[м]

где: q — общее число интервалов.

Путь, пройденный автомобилем за время переключения передачи с индексом на передачу с индексом составляет:

Определение значений пути разгона

с

км/ч

м Значения пути разгона автомобиля сводятся в таблицу 6

6. Мощностной баланс автомобиля

Мощностной баланс автомобиля представляет собой совокупность зависимостей мощностей на ведущих колесах автомобиля, [кВт], для всех передаточных чисел трансмиссии, мощностей сопротивления дороги, [кВт], и воздуха, [кВт], от скорости движения, [км/ч].

Расчет мощности, приведенной от двигателя к колесам автомобиля, на каждой передаче, [кВт]

Расчет мощности, приведенной от двигателя к колесам автомобиля, на 1-ой, 2-ой и 3-ей, передачах

кВт Значения мощности, приведенной от двигателя к колесам на 1-ой, 2-ой, 3-ей передачах сводятся в таблицу 7

Расчет мощности, приведенной от двигателя к колесам автомобиля на 4-ой передаче

кВт Значения мощности, приведенной от двигателя к колесам на 4-й передаче сводятся в таблицу 7

Расчет мощности, затрачиваемой на преодоление сопротивления воздуха , [кВт]

кВт Значения мощности, затрачиваемой на преодоление сопротивления воздуха сводятся в таблицу 7.

Расчет мощности суммарного сопротивления дороги , [кВт]

где —, причем — сила, затрачиваемая на преодоление автомобилем подъема. Так как автомобиль движется по ровной горизонтальной поверхности дороги, то .

и принимаем из таблицы 3

Расчет мощности сопротивления качению колес автомобиля по асфальтобетону

кВт

Расчет мощности сопротивления качению колес автомобиля по грунтовой дороге

кВт Значения мощности сопротивления качению колес автомобиля сводятся в таблицу 8.

7. Топливно-экономическая характеристика автомобиля

Топливно-экономическая характеристика автомобиля позволяет определять расход топлива в зависимости от скорости его движения. Она представляет собой график зависимости путевого расхода топлива от скорости автомобиля.

Значения путевого расхода топлива , [л/100 км] определяют по выражению:

где — часовой расход топлива, [кг/ч],

где: — функция зависимости удельного расхода топлива от частоты вращения коленчатого вала двигателя, [г/кВтч];

— суммарная мощность сопротивления движению автомобиля, [кВт];

— коэффициент, учитывающий изменение удельного расхода топлива в зависимости от коэффициента использования мощности двигателя .

где: — плотность топлива, [г/см³];

[г/см³] - плотность бензина;

Определение путевого расхода топлива на 3-й передаче по асфальтобетону.

кг/ч

л/100 км Значения путевого расхода топлива на 3-й передаче по асфальтобетону сводятся в таблицу 9

Определение путевого расхода топлива на 3-й передаче по грунту

кг/ч

л/100 км Значения путевого расхода топлива на 3-й передаче по грунту сводятся в таблицу 9

Определение путевого расхода топлива на 4-й передаче по асфальтобетону

кг/ч

л/100 км путевого расхода топлива на 4-й передаче по асфальтобетону сводятся в таблицу 9

Определение путевого расхода топлива на 4-й передаче по грунту

кг/ч

л/100 км путевого расхода топлива на 4-й передаче по грунту сводятся в таблицу 9

Заключение

В данной курсовой работе я провел тяговый расчет автомобиля

ГАЗ 53А с двигателем ЗМЗ — 53. Построил внешнюю скоростную характеристику двигателя. Вычислил тягу, динамику и ускорения автомобиля на разных передачах КПП. Также произвел расчет времени и пути разгона автомобиля, баланс мощностей и экономичность двигателя на данной передаче по разным типам дорожных покрытий.

1. Конструкция, расчет и потребительские свойства изделий. Методические указания по курсовому проектированию. Составитель А. И. Федотов. — Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2004. Часть 1−41 с.