Тяговый расчет двигателя

ВВЕДЕНИЕ 
 

     Эксплуатационные  свойства автобуса характеризуют возможность его эффективного использования в определенных условиях и дают возможность оценить степень соответствия конструкции требованиям эксплуатации.

     В курсовой работе я анализирую тягово-скоростные свойства,  которые определяют возможный диапазон скоростей движения, интенсивность и путь разгона в тяговом режиме, предельные дорожные условия, при которых автомобиль способен двигаться с заданными конструктивными параметрами. Чем лучше тягово-скоростные свойства, тем меньшие затраты времени на перевозку. Что положительно сказывается на его продуктивности.

     В данной работе я буду производить  расчетно-графический анализ для автобуса ПАЗ-672, движущегося по дороге с коэффициентом суммарного дорожного сопротивления y = 0,019.  

     Для заданной модели в курсовой работе выполняю необходимые расчеты на основании конкретных технических данных автобуса. Строю графики и по ним анализирую тягово-скоростные свойства.

     Произведенные расчеты свожу в таблицы, текст  сопровождаю расчетными зависимостями с расшифровкой параметров. 

 

     

1. Задание для расчетно-графического анализа и выбор ^{исходных данных}

 

     Из  справочника НИИАТ и документации на автобус выбираю для заданной модели автобуса исходные данные для расчета и реальные значения основных параметров автобуса для сравнения их с полученными расчётными.

     а) Исходные данные для расчета

     Вид автобуса автобус

     Полная  масса m, кг 7825

     Марка и тип двигателя ЗМЗ-672, карб. 

     Максимальная мощность N_emax, кВт 85,6

     Частота вращения коленчатого вала двигателя при

     максимальной мощности n_N , об/мин 3200

     Наличие ограничителя частоты вращения вала двигателя есть

     Передаточные  числа:

      - коробки передач U_k1 6,55

       U_k2  3,09

       U_k3  1,71

       U_k4 1,00

     - раздаточной коробки U_kр1 1,00

       U_kр2  1,963

     - главной передачи U₀ 6,83

     Шины 240-508 (8,25-20)

     Статический радиус колеса r_ст., м 0,453

     Габаритные  размеры:

      - ширина В_Г, м 2,44

      - высота Н_Г, м 2,952

     КПД трансмиссии h 0,85

     Коэффициент сопротивления воздуха К, Н×с²/м⁴ 0,4

     б) Реальные значения основных параметров автобуса для сравнения их с полученными расчетными

     Максимальный  крутящий момент двигателя М_еmах, Н×м 284,4

     Частота вращения вала двигателя при максимальном крутящем

     моменте n_м, об/мин 2000

     Максимальная  скорость V_max, км/ч 80 
 

2.   Построение внешней  скоростной характеристики двигателя

 
 

    Для построения внешней скоростной характеристики поршневого двигателя внутреннего сгорания используют эмпирическую формулу, позволяющую по известным координатам одной точки скоростной характеристики (N_emax и n_N) воспроизвести всю кривую мощности: 

       , (1) 

    где N_e, кВт – текущее значение мощности двигателя, соответствующее  частоте вращения вала двигателя n_N, об/мин;

          N_emax, кВт – максимальная мощность двигателя при частоте вращения n_N , об/мин;

          А₁, А₂ – эмпирические коэффициенты характеризующие тип двигателя внутреннего сгорания.

    Значение  эмпирических коэффициентов для  карбюраторных двигателей принимаю: А₁ = 1, А₂ = 1

    Для выбора текущего значения n диапазон частоты вращения вала двигателя от минимально устойчивых оборотов n_min до n_N разбиваю на 8 произвольных участков с постоянным интервалом Dn. Минимальную частоту вращения коленчатого вала n_min принимаем равной 600 

        об/мин. (2) 

    Определив N_e для принятых значений n, вычисляем соответствующие значения крутящего момента двигателя 

       . (3) 

    Результаты  расчетов по формулам (1), (2), (3) свожу в таблицу 1.2 и строю внешнюю скоростную характеристику двигателя N_e=f(n) и M_e=f(n) (рисунок 1.2). 

    Таблица 1.2 – Внешняя скоростная характеристика ДВС

      

Рисунок 1.2 – Внешняя скоростная характеристика ДВС 

3. Построение графиков силового баланса и динамической характеристики

 
 

     Для различных передач и скоростей  движения автобуса рассчитываю значения составляющих уравнение силового баланса 

       . (4) 

     Тяговое усилие на ведущих колесах определяю  из выражения, Н 

       , (5) 

     где r_д – динамический радиус колеса, который в нормальных условиях движения принимают равным r_ст, м.

     Вторую составляющую силового баланса – силу суммарного дорожного сопротивления – определяю по формуле, Н 

       , (6) 

     где G = g×m – полный вес автобуса, Н;

       g = 9,81 м/с² – ускорение свободного падения.

     В расчетах не учитываю влияние скорости движения на коэффициент сопротивления качению, в связи с этим y = const.

     Для ПАЗ-672 G=9,81×7825=76763,25 Н, а при заданном y=0,019, Р_y=0,019×76763,25=1458,50175 Н.

     Сила  сопротивления воздуха, Н

       , (7) 

     где F –  лобовая площадь автобуса, м²;

     V – скорость автобуса, км/ч.

     Лобовую площадь автобуса определяю приближенно по формуле 

       , (8) 

     где a – коэффициент заполнения площади; для своей модели автобуса я принимаю a = 0,85. 

F = 0,85×2,44×2,952 = 6,122 м². 

       Сила сопротивления разгону, Н 

       , (9) 

     где d – коэффициент, учитывающий влияние инерции вращающихся масс автобуса;

      j – ускорение автобуса в поступательном движении, м/с² .

     При построении и анализе графиков силового баланса величина P_j не рассчитывается, а определяется как разность тягового усилия Р_k и суммы сопротивлений движению P_y+P_w.

     График  силового баланса и все последующие  строят в функции скорости автобуса V, км/ч, которая связана с частотой вращения вала двигателя n зависимостью

       , (10) 

     где r_k – радиус качения колеса, м, равный, при отсутствии проскальзывания, статическому радиусу r_ст.

     Динамический  фактор автобуса D определяю для различных передач и скоростей движения по формуле 

       . (11) 

     Переменные по скорости величины Р_k, P_w и D рассчитываю по формулам (5), (7), (11) и свожу в таблицу 1.3. По рассчитанным величинам строю график силового баланса автобуса и график динамической характеристики. Постоянные величины в формулах целесообразно для упрощения расчетов привести к общим коэффициентам. Так, для тягового усилия на первой передаче  

 Н. 

     Аналогично получаем Р_k2 = 39,6004305×М_е, Р_k3 = 21,9148013×М_е, Р_k4 = 12,8156733×М_е.

     Для расчета скорости V на первой передаче

      

 км/ч. 

     Аналогично  для остальных передач

     V₂ = 0,00809×n, V₃ = 0,01462 ×n, V₄ = 0,025×n.