Расчет эксплуатационных свойства автомобиля с автоматическим построением графиков в среде MS Excel
Самарский государственный технический университет
Кафедра «Транспортные процессы и технологические комплексы»
Курсовая работа по дисциплине «Конструкция и эксплуатационные свойства транспортных и транспортно-технологических машин и оборудования»
На тему: «Расчет эксплуатационных свойства автомобиля Лада 4х4 Урбан»
Самара 2015
Общей задачей курсовой работы является определение основных динамических и экономических параметров автомобиля и двигателя при изменении нагрузочных и скоростных режимов его работы, динамических показателей при разгоне; расчет топливной экономичности автомобиля. А так же обзор аналогов автомобиля. В качестве исследуемого автомобиля я выбрал Ладу 4х4 Урбан. Все расчеты производились теоретическими методами, с помощью табличного процессора Microsoft Excel.
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 5
1. Обзор технических характеристик автомобиля, аналоги и назначение 6
2. Расчет внешней скоростной характеристики автомобиля 8
3. Определение тяговых характеристик и силовой баланс 10
4. Мощностной баланс 14
5. Динамический паспорт автомобиля 15
6. Расчет времени и пути разгона 17
7. Расчет топливо-экономических характеристик 21
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 24
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 25
Состав: Пояснительная записка, Документ Excel (расчеты и графики) 
Источник статьи: http://vmasshtabe.ru/transport/autoservis/raschet-ekspluatatsionnyih-svoystva-avtomobilya-s-avtomaticheskim-postroeniem-grafikov-v-srede-ms-excel.html
Уравнение тягового баланса следующее
Р д — Р w = G ( + (6)
Рис.3 Динамическая характеристика автомобиля
где Р д — сила по двигателю, Р w — сила сопротивления воздуха. Деля обе части уравнения на вес автомобиля G или на вес автомобиля с прицепом G , получаем уравнение, определяющее так называемый динамический фактор автомобиля
или D = (Р д — Р w )/ G (6*)
где = f Cos + Sin — коэффициент сопротивления перемещению автомобиля; — коэффициент приведения вращающихся масс: = (1,04+ 0,06 u кп 2 )* G 0 / G , ( u кп — передаточное число коробки передач, G 0 вес порожней машины); Р кр — сила на крюке (эта сила используется для разгона автомобиля, буксирования прицепа); f — коэффициент сопротивления перекатывания автомобиля как тележки.
Коэффициент f рассчитывается по следующей аналитической формуле.
где mg — вес машины в Н; D — диаметр колеса в метрах; р — давление в шинах в МПа; b — ширина колес, м.
Дорожные условия определяются значением коэффициента k 1/3 . Значения р, b и k 1/3 представлены в задании на вариант.
Динамический фактор для поезда
ψ п — коэффициент сопротивления движению учитывающий и сопротивление перемещению прицепа. Если сопротивление воздуха не учитывать, то динамический фактор будет равен
D = P d / G Σ ; D = φ d (9)
Величина d называется удельной силой тяги по двигателю.
При помощи динамической характеристики определяются :
а) возможная скорость движения для заданных по варианту условий. Поскольку при равномерном движении dv/dt = 0, имеем
D = + Р кр / G кр ( 11 )
Задав дорожные условия и сопротивление на крюке, имея в виду, что Р кр = / G / , найдем необходимый динамический фактор; пусть это будет D max для первой передачи (см. рис. 3). Проведя горизонтальную линию до пересечения с кривой D max и спроектировав ее на ось абсцисс, найдем возможную скорость (v a ).
Задав реальное значение минимального сопротивления, находим D min и соответствующую ему максимальную скорость движения v max . В рассматриваемом примере в качестве D min можно принять величину весьма близкую к D = 0. Этому значению соответствует скорость v max = 100 км\ч для 3-ей передачи, и для 4-ой и 5-ой около 105 км\ч. (Совпадение значений скоростей 4-ой и 5-ой передач — случайное) Если расчетная скорость колеса v к > v max , то скорость v к фактически реализована не может.
б) преодолеваемое сопротивление. Задача обратная предыдущей. Задав скорость движения, восстанавливаем ординату до пересечения с кривой D и
Рис. 3. Динамический фактор автомобиля
проектируем точку на ось ординат. Так скорости v a соответствует динамический фактор D max для одиночного автомобиля при равномерном движении но,
= f Cos + Sin . ( 10 )
Задача может сводиться либо к определению коэффициента сопротивления качению при заданном угле подъема, т.е.
f = (D — Sin ) / Cos , ( 11 )
либо к определению преодолеваемого угла подъема при заданном сопротивлении
Определение коэффициента сопротивления качению практического интереса не имеет. Более важным параметром является величина преодолеваемого угла подъема при заданном сопротивлении.
При определении максимального подъема в формулу следует подставлять значение D max для каждой скорости. На рис. 4 представлен график зависимости величины преодолеваемых углов для различных передач и соответсвующим им динамическим факторам. При построении этого графика, включены все значения динамического фактора, поэтому в график вошли значения отрицательных углов. Реально это означает, что движения со скоростью порядка 80-100 км\ч возможно на уклонах с соответствующими углами. (Данные этого графика не соответствуют рассматриваемому примеру и представлены в качестве примера). Вертикальная линия соответствует предельному углу, рассчитанному по максимальному коэффициенту сцепления.
Рис. 4. Возможные преодолеваемые углы для различных скоростей
Отрицательные значения угла соответствуют движению под уклон, Видно, что, для данного случая, движение на 4, 5-ой, а также высоких оборотах двигателя 3-ей и 2-ой передачах невозможно по ровной поверхности.
Пример . Найти предельный угол подъема, преодолеваемого автомобилем, при D max = 0,7 и f = 0,08
Решение: По формуле (12) имеем
Предельный угол составит 40 0 . Такая величина угла — это величина по динамическому фактору и, очевидно, нереальная и указывает на максимальный угол подъема по мощности двигателя. При этом, при некоторых значениях f и D , подкоренное значение может принимать отрицательные значения. Поэтому, максимальный угол подъема следует определить или проверить по величине коэффициента сцепления, для чего в качестве динамического фактора следует принимать динамический фактор по сцеплению — D сц .
При решении аналогичной задачи для поезда следует пользоваться динамической характеристикой поезда D = f (v) имея в виду, что коэффициент сопротивления качению f п (поезда), подставляемый в выражение (13) вместо f должен равняться
f п = (fG + f / G / ) / G (15)
где f / и G / соответственно коэффициент сопротивления качению и масса прицепа.
Сопротивления, определенные указанным способом могут преодолеваться лишь при равномерном движении автомобиля, т.е. при условии, что разгон до данной скорости был произведен на дороге с меньшим сопротивлением.
в) ускорение автомобиля. Ускорение одиночного автомобиля при заданной скорости движения и заданном сопротивлении определяется по формуле
j = dv / dt , или j = g ( D — Σ ) / ( m a + m пр ) (16)
где — Σ коэффициент сопротивления перемещению всего автомобильного поезда; m a масса автомобиля; m пр — масса прицепа; — коэффициент приведения вращающихся масс.
Условием ускоренного движения является превышение динамического фактора над коэффициентом сопротивления (наличие запаса D). В зависимости от того, возрастает или убывает динамический фактор, соответственно меняется и ускорение. Если ускорение убывает, то возможны два случая: Либо ускорение станет равным нулю при v в к , тогда v в и будет возможной скоростью равномерного движения для данных условий (v в1 при 1 на рис. 3 ); либо dv/dt > 0 также и при скорости v к , но при этом дальнейшее увеличение скорости все равно невозможно, поскольку v к соответствует предельным оборотам двигателя. В этом случае v в = v к и равномерное движение будет происходить при недоиспользовании мощности двигателя (v в2 при 2 на рис. 3).
г) возможная тяга на крюке. Определяется при равномерном движении с заданной скоростью и заданным сопротивлением дороги. Данный пункт выполняется для определения массы прицепа, если это предусматривается заданием.
Р кр = (D — ) G (17)
д) обеспеченность движения по сцеплению. При всех условиях должно соблюдаться достаточное сцепление колес с грунтом, т.е.
Р д или Р д = Р . (18)
Разность (Р — Р) будет представлять некоторый запас по сцеплению при ускоренном движении . Следовательно
D или D = D , (19)
где D — динамический фактор по сцеплению
где G c — сцепной вес, т.е. статическая нагрузка, приходящаяся на приводные колеса на горизонтальном участке пути; φ коэффициент сцепления.
Обозначив Cos через , получим
D = G c / G . (21)
При определении D сопротивление воздуха не учитывать, так как недостаток сцепления проявляется на малых скоростях.
Нанося на динамическую характеристику ряд значений D (рис. 3) при различных , определить, можно ли будет реализовать динамический фактор в тех или иных условиях движения. Если кривая динамического фактора на одной или двух низших передач окажется выше линии D (как на рис. 3, где она выше линии D 2 ), это будет означать, что сила тяги по двигателю на этих передачах не может быть реализована. Для этих передач (двух низших) показать дополнительно динамический фактор по сцеплению.
2 График разгона автомобиля
График разгона автомобиля строится на основании предварительно построенного графика ускорений. При расчетном построении считать, что сцепление полностью включено и буксования в нем не происходит. Разгон происходит вследствии увеличения числа оборотов двигателя. При этом ускорение автомобиля определяется по формуле
j i = ( P д — P — P w ) / i * G ( 22 )
где G масса одиночного автомобиля G а или G если рассчитывается ускорение автопоезда.
Ускорение не остается постоянным, поскольку меняется как сила тяги по двигателю Р д , так и сопротивление воздуха Р w .
Текущие значения ускорений могут быть определены по динамической характеристике автомобиля (см. формулу ( 16)). По ним строится график ускорений j = f(v) рис . 5. Для нахождения времени разгона на данной передаче строится график величин, обратных ускорениям 1/j , рис. 6. Площадь заштрихованного элементарного участка с основанием dv равна
dv (dt/dv) = ds ( 23 )
Интеграл функции dv/j =f(v) в пределах v o — v i выражает время разгона от некоторой начальной скорости v o до любой скорости v i . Путем графического интегрирования определяется время разгона. Диаграмма разбивается на ряд участков, площади которых в определенном масштабе соответствуют времени разгона. На рис.7 построен график разгона для одной из передач на основании графика рис. 6
Рис. 5. График ускорений автомобиля
Рис. 6 График величин, обратных ускорению
Рис. 7. Кривая разгона, построенная по графику рис. 6
Упрощенный метод построения графика разгона.
При этом методе пренебрегаются этапы буксования, сцепления. На всем участке разгона принимают динамический фактор постоянным, равному
некоторому среднему значению:
D ср = (Р д.ср — Р w ср ) / G (23)
где Р д.ср — средняя за время разгона сила тяги по двигателю; Р w ср — среднее сопротивление воздуха.
Для нахождения средней силы тяги предполагается, что момент двигателя зависит от оборотов линейно и разгон на каждой следующей передаче начинается со скорости, равной расчетной скорости предыдущей. Тогда
где k д — коэффициент приспособляемости двигателя (k д = 1,2 — 1,35); d 1 — его рабочий диапазон (n N : n M ); Р д.р — расчетная сила тяги на данной передаче.
При этих условиях ускорение будет постоянным, а все отрезки на графике разгона прямолинейными (рис. 8 ).
Определение пути разгона.
Заштрихованная элементарная площадка на графике (рис. 8) выражает в масштабе элемент пути разгона
Весь путь разгона до заданной скорости за время t определиться площадью графика
При точном методе построения графика путь разгона может быть определен графическим интегрированием, в приближенном — аналитическим по выражению
Для этой формулы предполагается, что разгон начинается со второй передачи и заканчивается на n-й.
Время разгона для тех же условий можно определить по формуле
Рис. 8. График разгона, построенный расчетом
по упрощенным формулам
В работе расчет и построение графика разгона выполнить любым из методов.
Средние значения коэффициента k 1/3 для различных
Источник статьи: http://5fan.ru/wievjob.php?id=4722