1. Задание и задачи курсовой работы

При выполнении курсовой работы (КР) необходимо в соответствии с вариантом задания на КР (см. Приложение 1) и исходными данными выполнить тягово-скоростной расчет автомобиля. При анализе тягово-скоростных свойств автомобиля решаются следующие основные задачи:

1. построение графика силового баланса;

2. построение динамического паспорта;

3. построение характеристики разгона;

4. определение и оценка основных показателей тягово-скоростных свойств АТС.

Оформленная курсовая работа включает пояснительную записку с графиками и схемами общим объемом 30-40 страниц и лист графической части (формат А1). На лист графической части выносится графики силового баланса, разгона автомобиля с переключением передач и динамический паспорт. Пояснительная записка и лист графической части оформляется в соответствии с методическими указаниями по оформлению письменных работ /6/.

2. Уравнение силового баланса

Построение графика силового баланса состоит из двух этапов. На первом этапе строится тяговая характеристика автомобиля, на втором - определяются силы сопротивления движению автомобиля.

Уравнение силового баланса может быть представлено в виде:

, (2.1)

где Рi	-	индикаторная сила тяги автомобиля, Н;
Рд	-	сила сопротивления двигателя, Н;
Ро	-	сила сопротивления вспомогательного оборудования, Н;
РТР	-	сила сопротивления трансмиссии, Н;
Рf	-	сила сопротивления качению, Н;
Р	-	сила сопротивления подъему, Н;
Рw	-	сила аэродинамического сопротивления воздуха, Н;
Рj	-	суммарная (приведенная) сила инерции автомобиля, Н;
Ркр	-	сила сопротивления на крюке, Н.

График силового баланса - это совокупность кривых, характеризующих зависимость индикаторной силы тяги автомобиля, а также сил сопротивления от скорости его движения на различных передачах.

Тяговая характеристика автомобиля – отображенная в виде графика зависимость тяговой силы от скорости автомобиля.

Значение индикаторной силы тяги можно определить по формуле:

, (2.2)

где Рi	-	индикаторная сила тяги автомобиля, Н;
Рд	-	сила сопротивления двигателя, Н;
Ре	-	эффективная сила тяги, Н.

Значение эффективной силы тяги Р_е рассчитывается по формуле:

, (2.3)

где Ме	-	эффективный крутящий момент двигателя, Нм;
r	-	0,476 радиус колеса, м;
iтр	-	передаточное отношение трансмиссии.

Для построения графиков зависимости указанных выше сил от скорости движения задается рад значений частоты вращения коленчатого вала двигателя (n_е, об/мин): 500, 1000, 1500, . . . , n_N. Для двигателя ЗИЛ 508, установленного на автомобиля ЗИЛ 431410, n_emax=3200 об/мин.

Передаточное отношение трансмиссии определяется по формуле:

, (2.4)

где iк	-	передаточным отношением основной коробки передач;
iд	-	передаточное отношение делителя или раздаточной коробки;
iо	-	передаточное отношение главной передачи.

На автомобиле ЗИЛ 431410 не установлена раздаточная коробка или делитель. Передаточное отношение главной передачи i_o=6,33. Значения передаточных отношений основной коробки передач, а так же трансмиссии представлены в таблице 2.1

Таблица 2.1

№ передачи	iк	iо	iтр
1	7,44	6,33	47,09
2	4,1	6,33	25,9
3	2,28	6,33	14,49
4	1,47	6,33	9,31
5	1	6,33	6,33

Значения скорости движения (V_a, м/с), указанному ряду частот, рассчитывают по формуле:

(2.5)

где iтр -

передаточное отношение трансмиссии.

Полученные результаты сведены в таблицу 2.2

Таблица 2.2

№ передачи	Показатель, м/с	Радиус колеса, м	iтр	Частота вращения коленчатого вала, об/мин
				1000	2000	3000	4000
1	Vа	0,476	47,09	1,06	2,12	3,17	4,23
2		0,476	25,90	1,92	3,85	5,77	7,69
3		0,476	14,49	3,44	6,88	10,31	13,75
4		0,476	9,31	5,35	10,70	16,05	21,41
5		0,476	6,33	7,87	15,74	23,61	31,48

Значение эффективного крутящего момента М_е можно определить по графику скоростной внешней характеристики двигателя.

Скоростную внешнюю характеристику двигателя можно построить по эмпирическим формулам, если известна максимальная мощность N_emax и число оборотов n_N. Мощность на коленчатом валу карбюраторного двигателя ЗИЛ-508, на автомобиле ЗИЛ 431410, N_e определяется по формуле 2.6.

, л.с. (2.6)

где ne	-	число оборотов коленчатого вала в искомой точке скоростной характеристики двигателя, об/мин;
nN	-	число оборотов коленчатого вала, при котором достигается максимальная мощность, об/мин.

По справочнику находим значения n_N =3200 об/мин., N_emax=150 л.с. Для каждого значения оборотов коленчатого вала получаются различные значения мощности N_e, которые рассчитаны в таблице 2.3.

Таблица 2.3

ne	nN	Nemax	Ne
об/мин	об/мин	л.с.	л.с.
1000	3200	150	56,95
2000	3200	150	115,72
3000	3200	150	148,86
4000	3200	150	128,91

Эффективный крутящий момент на коленчатом валу двигателя определяется из формулы

, (2.7)

где Mе	-	эффективный крутящий момент двигателя, Нּм;
Nе	-	эффективная мощность двигателя, кВт;
nе	-	частота вращения коленчатого вала, об/мин.

Значения максимального крутящего момента и частот вращения коленчатого вала определяются по справочнику /5/ или другой литературе.

Таблица 2.4

Ne	ne	Mе
кВт	об/мин	Нм
41,9	1000	399,9
85,1	2000	406,3
109,5	3000	348,4
94,8	4000	226,3

Значения силы сопротивления двигателя Р_д, приведенной к ведущим колесам автомобиля, определяются по формуле:

, (2.11)

где Vh	-	рабочий объем цилиндров двигателя (литраж), л;
Sn	-	ход поршня, м;
τД	-	число ходов поршня за один цикл (тактность ДВС);
рДО	-	среднее давление механических потерь при вращении коленчатого вала с предельно низкой частотой (ne ~0), МПа;
вДО	-	коэффициент, учитывающий увеличение давления механических потерь при повышении скорости движения поршней в цилиндрах, МПа с/м.

Значения параметров карбюраторного автомобильного двигателя КамАЗ-5320 приведены в таблице 2.6.

Таблица 2.6

Показатели	Единицы измерения	Бензиновый двигатель
Vh	л	6,0
Sn	м	0,095
τД		4
рДО	МПа	0,045
вДО	МПа с/м	0,015

При работе двигателя часть его эффективного крутящего момента затрачивается на работу вспомогательных устройств, не обслуживающих ДВС и привод вспомогательного оборудования автомобиля (компрессоры тормозных систем, сервомеханизмов, системы кондиционирования, участки выхлопной системы, предназначенные для обогрева кузова и др.), которое создает силу сопротивления (Р_о).

Силу сопротивления вспомогательного оборудования автомобиля (Р_о), приведенную к ведущим колесам, определяют по формуле:

, (2.13)

где роо	-	среднее давление газов, обеспечивающее привод вспомогательного оборудования автомобиля при предельно низкой частоте вращении коленчатого вала (ne ~0), МПа;
воо	-	коэффициент, учитывающий увеличение сопротивление вспомогательного оборудования при возрастании частоты вращения коленчатого вала, МПа/(об/мин)2.

Значения параметров Роо и воо приведены в таблице 2.7.

Таблица 2.7

Показатели	Единицы измерения	Дизельный двигатель
Роо	МПа	0,01
воо	МПа с2	0,7*10-8

Результаты расчетов Р_i, Р_e, Р_Д, Р_о, V_а сводятся в табл. 2.8.

Таблица 2.8

№ передачи	Показатели		Частота вращения коленчатого вала, об/мин
	Обозначение	Размерность	1000	2000	3000	4000
1	Рi	Н	43930,68	46811,48	43332,27	33493,06
	РД	Н	4371,45	6616,24	8861,04	11105,83
	Ре	Н	39559,24	40195,24	34471,23	22387,22
	Ро	Н	803,40	1795,84	3449,90	5765,58
	Vа	м/с	1,06	2,12	3,17	4,23
2	Рi	Н	24162,34	25746,81	23833,21	18421,54
	РД	Н	2404,34	3639,00	4873,67	6108,33
	Ре	Н	21758,00	22107,81	18959,54	12313,21
	Ро	Н	441,88	987,73	1897,48	3171,13
	Vа	м/с	1,92	3,85	5,77	7,69
3	Рi	Н	13517,85	14404,30	13333,71	10306,10
	РД	Н	1345,13	2035,87	2726,62	3417,36
	Ре	Н	12172,72	12368,42	10607,10	6888,74
	Ро	Н	247,21	552,59	1061,56	1774,12
	Vа	м/с	3,44	6,88	10,31	13,75
4	Рi	Н	8685,38	9254,93	8567,07	6621,80
	РД	Н	864,26	1308,07	1751,89	2195,70
	Ре	Н	7821,12	7946,86	6815,19	4426,10
	Ро	Н	158,84	355,05	682,07	1139,89
	Vа	м/с	5,35	10,70	16,05	21,41
5	Рi	Н	5905,314	6292,5603	5824,8731	4502,252
	РД	Н	587,6248	889,37804	1191,1313	1492,885
	Ре	Н	5317,689	5403,1823	4633,7418	3009,367
	Ро	Н	107,9959	241,40261	463,74712	775,0294
	Vа	м/с	7,87	15,74	23,61	31,48

Сила сопротивления дороги рассчитывается по формуле:

, (2.14)

где 	- коэффициент сопротивления дороги;
α	- угол продольного наклона дороги, α=0 градусов.
fv	- коэффициент сопротивления качению.

Коэффициент сопротивления качению определяется по формуле:

f_v= (2.15)

где fо	- коэффициент сопротивления качению при относительно малой скорости движения (Va0).
f1	- коэффициент (f1=10-5 с2/м2).

Численные значения коэффициента сопротивления качению для автомобильных дорог с различным покрытием приведены в табл. 2.9.

Таблица 2.9

Коэффициент сопротивления качению

Тип дороги	fо при Va  50 км/ч	f (среднее значение)
Асфальт	0,012	0,012-0,018

Результаты расчета коэффициентов сопротивления качению приведены в таблице 2.10.

Таблица 2.10

fo	f1	fv
0,012	0,00001	0,0120	0,0120	0,0121	0,0122
0,012	0,00001	0,0120	0,0121	0,0123	0,0126
0,012	0,00001	0,0121	0,0125	0,0131	0,0139
0,012	0,00001	0,0123	0,0131	0,0146	0,0166
0,012	0,00001	0,0126	0,0145	0,0176	0,0219

Численные значения силы сопротивления дороги приведены в

Таблице 2.11

Таблица 2.11

m,кг	Ga, Н
10400	101920,0	0	1224,1809	1227,6034	1233,3077	1241,2938
10400	101920,0	0	1226,8113	1238,1252	1256,9817	1283,3807
10400	101920,0	0	1235,0891	1271,2363	1331,4816	1415,8250
10400	101920,0	0	1252,2271	1339,7883	1485,7238	1690,0334
10400	101920,0	0	1286,1768	1475,5873	1791,2714	2233,2291

Сила лобового аэродинамического сопротивления определяется по формуле:

, (2.16)

где Va	- скорость автомобиля, м/с;
kw	- коэффициент сопротивления воздуха (обтекаемости), kw= 0,54 Нс2/м4;
Fа	- лобовая площадь автомобиля, Fа = 5,1 м2.

Результаты вычисления Pw приведены в Таблице 2.12

Таблица 2.12

Kw	Fa,	Рw
0,58	5,1	3,31109	13,24438	29,799844	52,9775
0,58	5,1	10,9453	43,78137	98,508077	175,12547
0,58	5,1	34,9697	139,8789	314,72743	559,51544
0,58	5,1	84,709	338,836	762,3809	1355,3438
0,58	5,1	183,24	732,962	1649,1644	2931,8478

Коэффициент сопротивления воздуха определяется по формуле

, (2.18)

где сх	- коэффициент обтекаемости автомобиля,
в	- плотность атмосферного воздуха, кг/м3.

Плотность воздуха для фактических (реальных) условий эксплуатации определяется по формуле

, (2.19)

где о	- плотность воздуха при нормальных условиях, о = 1,189кг/м3;
То	- температура воздуха при нормальных условиях, То =293К;
Ро	- атмосферное давление при нормальных условиях,760мм. рт. ст.;
Р	- фактическое атмосферное давление, 760 мм. рт. ст.;
t	- фактическая температура воздуха,t=0 С.

Сила сопротивления трансмиссии определяется по формуле

, (2.20)

где РХО	-	сила сопротивления проворачиванию валов агрегата трансмиссии на холостом ходу с малой скоростью (Vа ~0), Н;
аv, µтр	-	коэффициенты скоростных (Нс/м) и силовых потерь;
nтр	-	количество агрегатов (КПП, главная передача) в трансмиссии =2
GM	-	полный вес автомобиля, приходящийся на ведущий мост, Н;
KН	-	коэффициент, учитывающий тип автомобиля, Н-1 (KН =0,7*10-5 Н-1).

При прогретых агрегатах трансмиссии а_v8,6 Нс/м, Р_ХО30 Н. Значение коэффициента µ_тр принимается по таблице 2.13.

Таблица 2.13

Коэффициент силовых потерь в трансмиссии (µ_тр)

Тип трансмиссии	Тип главной передачи
	одноступенчатая		двухступенчатая
	Прямая передача КПП	Разные передачи КПП	Прямая передача КПП	Разные передачи КПП
42	0,016	0,036	0,024	0,046

Результаты расчетов сил сопротивления Р_тр, Р_, Р_w сводят в табл.2.14.

Таблица 2.14

№	Показатели		Частота вращения коленчатого вала, об/мин
	Обозначение	Размерность	1000	2000	3000	4000
1		Н	1224,18	1227,60	1233,31	1241,29
	Ртр	Н	75,93	83,80	91,99	100,50
	Pw	Н	3,31	13,24	29,80	52,98
	Vа	м/с	1,06	2,12	3,17	4,23
2		Н	1226,81	1238,13	1256,98	1283,38
	Ртр	Н	82,35	97,37	113,45	130,59
	Рw	Н	10,95	43,78	98,51	175,13
	Va	м/с	1,92	3,85	5,77	7,69
3		Н	1235,09	1271,24	1331,48	1415,83
	Ртр	Н	94,09	123,17	155,64	191,50
	Рw	Н	34,97	139,88	314,73	559,52
	Vа	м/с	3,4	6,9	10,3	13,8
4		Н	1252,23	1339,79	1485,72	1690,03
	Ртр	Н	109,85	159,52	217,38	283,45
	Рw	Н	84,71	338,84	762,38	1355,34
	V a	м/с	5,4	10,7	16,1	21,4
5		Н	1286,1768	1475,5873	1791,2714	2233,2291
	Ртр	Н	-2,93	-9,42	-8,03	1,25
	Рw	Н	183,2	733,0	1649,2	2931,8
	Vа	м/с	7,87	15,74	23,61	31,48

Используя полученные значения сил, строится график силового баланса автомобиля, т.е. графики зависимости сил тяги и сопротивления от скорости движения автомобиля на разных передачах. Общий вид графика силового баланса автомобиля представлен на рис.2.2.

Рис.2.2. График силового баланса автомобиля