Тягово динамический расчет автомобиля программа
Тягово-динамический расчёт.
С О Д Е Р Ж А Н И Е
1.2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАКСИМАЛЬНОЙ МОЩНОСТИ
1.3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПРНЫХ ТОЧЕК ДЛЯ ВНЕШНЕЙ СКОРОСТНОЙ
3. РАЗБИВКА ПЕРЕДАТОЧНЫХ ЧИСЕЛ В МЕХАНИЧЕСКОЙ КОРОБКЕ
5. ВЫБОР ОДНОМАССОЙ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ
6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСКОРЕНИЙ, ПУТИ, СКОРОСТИ И ВРЕМЕНИ
ЭТАП 1. Аналитическое построение внешней скоростной характеристики двигателя. 28
ЭТАП 2. Определение величины радиуса качения ведущего колеса и передаточного
ЭТАП 4. Построение силового, мощностного балансов, динамического фактора и
ЭТАП 5. Алгоритм расчёта для построения графической зависимости пути, скорости и
Современные математические пакеты перед применением в практической работе всегда высвечивают заставку (read me) – прочти меня. Следуя этой традиции, авторы настоящего учебного пособия настоятельно рекомендуют прочесть текст введения, который поможет понять смысловую нагрузку непростого и объёмного к восприятию материала по расчёту тяговой динамики транспортных средств.
Первое и далеко не самое строгое требование, читающий и применяющий материал пособия состоит в том, что студент старшего курса или сторонний пользователь должен быть элементарно подготовлен профилирующей кафедрой, в результате самообучения по двум основным дисциплинам: теории автомобиля и иных наземных транспортных средств, по методам расчёта. Желательно, чтобы в эти предметы были включены основы динамики материальной точки и общие вопросы динамики многомассовых систем с упругими связями. Второе – не всё представленные вопросы в материале пособия должно восприниматься также одинаково, как это воспринимается авторами. Мы надеемся, что ряд положений изложенных в материалах работы допускает иного смыслового наполнения. Особенно это относится к высказанным предположениям (идеализации математической модели), допущениям и к эмпирическим зависимостям. И всё же авторы убеждены, что, несмотря на различные взгляды на одни и те же вопросы по представлению или уточнению базовых зависимостей, выстроенный порядок расчёта и конечные результаты, при различных представлениях в предлагаемом наборе теоретических положений и эмпирических зависимостей, не будут существенно отличаться друг от друга.
Ещё одним принципиально важным параметром расчёта, который приходится определять как можно точнее, является передаточное число главной передачи, согласующееся с заданной максимальной скоростью. При выбранном из ряда созданных и готовых к установке на автомобиль двигателей с имеющимися максимальными оборотами количественное изменение числа главной передачи приводит к увеличению максимальной скорости, если число уменьшается и, наоборот, к уменьшению скорости и не доиспользовани мощности двигателя, если число увеличивается. Кроме перечисленного уменьшение числа главной передачи снижает создаваемую силу тяги, увеличение приводит к “перекрутке” вала двигателя, заведомо приводящей к нерациональным процессам сгорания топлива и его количественному перерасходу. Подобные рассуждения качественно и количественно относятся и к выбору типоразмера шины связанного, по параметру радиуса качения, с определением числа главной передачи.
В материалах пособия предоставлена широкая возможность выбора разбивки передаточных чисел в механической коробке как по закону геометрической прогрессии, так и по смешанному и гармоническому законам. Передаточные числа коробки находятся в зависимости от численного значения первой передачи. Остановимся на особенностях определения передаточного числа на первой передаче. В случае выбора колёсного привода для автомобиля
формулы 4х2 сложностей в расчёте числового значения не возникает. Для автомобиля с колёсной формулой 4х4, имеющего раздаточную коробку и отключаемый ведущий мост расчёт первой передачи выполняется также как и для автомобиля 4х2. Считается, максимально полная сила тяги создается за счёт понижающей ступени в раздаточной коробке приблизительно равной двум единицам. Аналогичные рассуждения справедливы применительно к автомобилям и с большим числом ведущих колёс.
В связи с новыми более глубокими исследованиями движения автомобиля как материальной точки или связанных между собой динамических систем предлагается отказаться от использования эмпирических зависимостей по численному определению коэффициента вращающихся масс, соответствующего достаточно грубому приближению к реальной действительности. Кроме обыкновенной числовой погрешности введение в расчёт этого коэффициента не позволяет проводить анализ, от каких же частей узлов и агрегатов трансмиссии и величин моментов инерций этих деталей зависит “ увеличение” массы автомобиля при разгоне. Насколько, как и какие вращающиеся массы трансмиссии, двигателя и общее передаточное число силового привода влияют на приведённую массу автомобиля, отличающуюся от задаваемой.
К достаточно непростому вопросу относится выбор математической модели разгона автомобиля. Необходимо представлять, что существует выбор в различных математических моделях. Одномассовые представляются в виде качения сплошного вращающегося диска по ровной поверхности или движущейся по той же поверхности массы в линейном направлении. Это простые модели. Имеются и более сложные модели с имеющимися упругими связями между массами: двухмассовые и многомассовые. Такие математические модели очень сложны в нахождении аналитических решений и кроме этого, требуют построения разветвленной сети логических переходов в структурных схемах программ. А, именно, при составлении конкретного алгоритма необходимо моделировать работу узлов трансмиссии – работу фрикционного сцепления, формирования начальных условий для уравнений движения и многих других связок параметров в математической модели. Однако переход к сложным моделям, как показывает практика, не дает столь резкого количественного отличия по выходным параметрам: времени, пути и скорости разгона массы автомобиля представленного одномассовой моделью. Это объясняет продолжительное “долгожительство” достаточно простой модели. Почему величины параметров разгона мало отличаются в сложных и простых моделях, разъясняется в материалах пособия.
И в заключение, для более глубокого понимания и возможности усвоить представленный материал все разделы, кроме выбора массы и максимальной скорости автомобиля, дублированы. Теоретическая часть (первая) содержит подробный разбор, насколько это возможно, вопросов идеализации математической модели, принятых допущений. Второй раздел (приложение 1) – это подробная и последовательная реализация численного расчёта тягово-скоростной характеристики автомобиля с заданными весовыми и скоростными параметрами с подробным разбором в числах вспомогательных и основных составляющих уравнений и выбираемых коэффициентов. Результаты вычислений сведены в десять таблиц, являющихся основой для построения 6-ти отдельных графиков, интегрально отражающих все искомые зависимости в функции оборотов выходного вала силовой установки, скорости движения массы автомобиля и аргумента – времени.
На листе формата А1 (рис. 1) наглядно представлена рекомендуемая компоновка графического материала по всем разделам тягово-динамического расчёта. Выполнение графического листа по скоростным и тяговым свойствам условно выбранного автомобиля с назначенными исходными параметрами является обязательным разделом курсового проекта.
Тягово-динамический расчёт.
В задании на курсовой и дипломный проекты задаются два основных параметра автомобиля (легкового, грузового, специального, автобуса), а именно: полная масса ma и максимальная скорость Va,макс..
1.1. Обоснование выбора параметровmaи Va,макс..
Выбор полной массы автомобиля связан с разработкой технического задания, которое учитывает значительное количество факторов – технических, экологических, экономических, социальных. В число таких факторов входят такие основные составляющие, как назначение автомобиля, традиции и уровень технической оснащённости завода-изготовителя, использование предполагаемых традиционных и нетрадиционных материалов и т.д.
Для количественного выбора значений массы вновь проектируемого автомобиля необходимо использовать эмпирические зависимости:
для легкового автомобиля:
,
для грузового автомобиля:
,
для городского автобуса:
,
для междугороднего автобуса:
,
где 
— масса снаряжённого автомобиля (полная заправка, шанцевый инструмент, но без водителя);
— масса пассажира ( 
кг);
— масса груза;
— число мест для пассажиров;
— масса багажа – 5 кг на одного человека (грузовой автомобиль, автобус городского типа), 10 кг – легковой автомобиль, 15 кг – междугородний автобус.
Для грузовых автомобилей может быть использован коэффициент грузоподъёмности 
, который по статистическим данным лежит в пределах 0,8…1,1. Для автопоездов используется аналогичный коэффициент 
, где 
— масса прицепа, 
— масса тягача под нагрузкой. Для дорог I и II категорий 
= 0,5…1,2, для движения по грунту = 0,3…0,6.
Для легковых автомобилей масса снаряжения зависит от класса см. таблицу.
Зависимость массы снаряжения легковых автомобилей от их класса Таблица
| Класс | Масса снаряжения |
| Особо малый класс | 30…50 кг |
| Малый класс | 65…90 кг |
| Средний класс | 90…110 кг |
| Большой класс | 110…120 кг |
Выбор максимальной скорости движения Va,макс., как и его масса, зависит от типа и назначения автомобиля. Значения Va,макс. для современных легковых автомобилей находятся в пределах 100…250 км/ч. при этом удельная мощность двигателя 
укладывается в диапазон 20…90 кВт/т. При этом значения Va,макс. соответствуют 
:
.
ТЯГОВО-ДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ АВТОМОБИЛЯ
Министерство образования Республики Беларусь
БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ
Кафедра «Строительные и дорожные машины»
по выполнению практических работ по дисциплине «Проектирование строительных и дорожных машин»
Практическое занятие №1
ТЯГОВЫЙ РАСЧЕТ АВТОМОБИЛЯ
1. Изучить методику тягового расчета автомобиля;
2. определить в соответствии с заданием (таблица 1):
собственный вес автомобиля;
мощность двигателя автомобиля;
силы сопротивления воздуха;
передаточные числа главной передачи и коробки передач;
максимальный динамический фактор.
Основные параметры автомобилей
4464648
, мм3050281029753100315030653190
, кгс-с 2 /м 4
, мМетодика тягового расчета автомобиля
Одной из основных задач тягового расчета автомобиля является выбор мощности двигателя длярассчитываемого автомобиля. Мощность двигателя должна быть достаточной для обеспечения движения с заданной максимальной скоростью 
при полном использовании грузоподъемности автомобиля. Такую скорость автомобиль должен развивать на хороших дорогах, для которых коэффициент сопротивления качению может быть принят равным 0,02–0,025. Кроме того, считается необходимым, чтобы автомобили, предназначенные для работы в сельском хозяйстве, имели запас динамического фактора 1–1,5% для преодоления дополнительных местных сопротивлений без снижения максимальной скорости. В связи с этим за расчетное значение приведенного коэффициента дорожных сопротивлений, при котором автомобиль должен развивать максимальную скорость, следует брать величину 
. Обозначим мощность двигателя, необходимую для движения в указанных условиях, через 
,л. с. Она может быть определена по формуле:
, л.с. (1)
где – мощность двигателя автомобиля при максимальной скорости 
; 
– приведенный коэффициент сопротивления дороги, примем 
; 
– собственный вес автомобиля (в снаряженном состоянии без нагрузки), кг; 
– грузоподъемность автомобиля, кг; 
– сила сопротивления воздуха при максимальной скорости движения; 
– КПД трансмиссии при полной загрузке двигателя на прямой передаче, примем 
.
У грузовых автомобилей грузоподъемность складывается из установленного номинального веса полезной нагрузки, веса водителя и пассажиров в кабине.
Для пользования приведенной формулой нужно наметить собственный вес автомобиля, выбрав его в соответствии с заданной грузоподъемностью. Зависимость между ними характеризуется отношением 
, которое называется коэффициентом грузоподъемности автомобиля. Величина коэффициента грузоподъемности оказывает существенное влияние на динамические и экономические показатели автомобиля: чем она больше, тем эти показатели лучше. Поэтому при проектировании автомобиля нужно стремиться к повышению коэффициента грузоподъемности, насколько это технически возможно и экономически целесообразно. Величина коэффициента грузоподъемности зависит от типа и конструктивных особенностей автомобиля. У современных грузовых автомобилей типа 4 2 общего назначения 
. У специальных типов автомобилей высокой проходимости коэффициент грузоподъемности ниже, чем у автомобилей общего назначения, 
.
В формулу (1) входит сопротивление воздуха, определяемое по формуле
На рисунке 1 изображен в графической форме мощностной баланс автомобиля при установившемся движении на высшей передаче.
На графике нанесены две кривые: кривая мощности 
,развиваемой двигателем при полной подаче топлива, представленная в функции от скорости автомобиля на высшей передаче, и кривая мощности 
, требуемой от двигателя для преодоления сопротивлений движению автомобиля при работе с разными скоростями в принятых для расчета дорожных условиях. Точке пересечения этих кривых соответствует на оси абсцисс максимальная скорость автомобиля .
Рис. 1. Мощностной баланс автомобиля при движении на высшей передаче
Точка может занимать на характеристике двигателя разные положения. На приведенном графике она расположена правее точки максимальной мощности 
. Такое расположение точки применяется главным образом у автомобилей с невысокой удельной мощностью; оно позволяет иметь наибольшие запасы мощности при движении автомобиля на средних скоростях.
У грузовых автомобилей, двигатели которых снабжены ограничителями максимальной частоты вращения, точка располагается на характеристике двигателя левее точки и должна совпадать с точкой, отсекаемой ограничителем. Максимальная скорость автомобиля соответствует частоте вращения, при которой срабатывает ограничитель, а фактически используемая максимальная мощность двигателя 
меньше максимальной мощности двигателя на внешней скоростной характеристике.
Помимо необходимой максимальной мощности, от двигателя автомобиля требуется еще достаточная способность к преодолению перегрузок. Чтобы всякие временные возрастания сопротивлений движению не требовали переключений передач, максимальный динамический фактор, развиваемый автомобилем на той или иной передаче, должен быть больше динамического фактора автомобиля при максимальной скорости движения на той же передаче. Наибольшего значения динамический фактор достигает при работе двигателя на максимальном крутящем моменте, когда касательная сила тяги автомобиля имеет наибольшее значение, а сопротивление воздуха является минимальным. Поэтому при выборе двигателя для автомобиля необходимо предусматривать, чтобы он имел достаточный запас приспособляемости по моменту.
При тяговом расчете автомобиля определяется максимальная величина динамического фактора на первой передаче 
. Она выбирается исходя из сцепных возможностей автомобиля и обеспечивается подводом к ведущим колесам соответствующего по величине крутящего момента. Чтобы полностью использовать сцепные качества автомобиля, максимальный динамический фактор должен быть равен динамическому фактору по сцеплению 
.
, (3)
где 
– касательная сила тяги, макисмально возможная по сцеплению колес с дорогой; 
– полный вес автомобиля, 
.
Для автомобилей с задними ведущими колесами формула (3) примет вид:
.
Пренебрегая сопротивлением воздуха, которое при движении на малых скоростях незначительно, получаем – для полноприводного автомобиля:
; (4)
для автомобилей с задними ведущими колесами:
. (5)
Входящие в это уравнение коэффициент сцепления 
и коэффициент нагрузки задних колес 
берутся при расчете: 
, а 
, где 
– величина коэффициента нагрузки задних колес при неподвижном положении автомобиля на горизонтальной площадке; множитель (1,1 
1,3) учитывает перераспределение нагрузок между передними и задними колесами автомобиля при движении.
У грузовых автомобилей типа 4 2 значения находятся в пределах 0,32–0,5.
Следующей задачей тягового расчета является выбор передач автомобиля. Сначала определяем передаточное число 
главной передачи. Если максимальную скорость автомобиль должен развивать на прямой передаче, то
, (6)
где 
– радиус колеса, м; 
– частота вращения двигателя при максимальной скорости, об/мин.
Входящая в эту формулу частота вращения двигателя ,соответствующая максимальной скорости, берется по характеристике двигателя. Размеры колес и их радиус условно принимают величиной постоянной, равной статическому радиусу колес.
Определяем далее передаточное число 
первой ступени коробки передач. Исходя из условия получения заданной максимальной величины динамического фактора автомобиля, имеем следующую зависимость:
, (7)
где 
– максимальный крутящий момент двигателя, кгс-м. Отсюда
. (8)
Чтобы определить передаточные числа коробки на остальных ступенях, нужно прежде всего выбрать число ступеней. Для грузовых автомобилей можно считать, что число ступеней коробки передач должно быть не менее пяти.
Структуру ряда передач выбирают, исходя из задачи обеспечить наибольшую интенсивность разгона. Для этой цели передаточные числа трансмиссии должны быть подобраны таким образом, чтобы разгон на каждой передаче начинался при одних и тех же частотах вращения двигателя 
и заканчивался при одних и тех же частотах 
. Соблюдение указанного условия дает возможность использовать для разгона на всех передачах одну и ту же среднюю мощность двигателя. С другой стороны, для плавного перехода с одной передачи на другую необходимо, чтобы скорость, с которой начинается разгон на данной передаче, была равна скорости в конце разгона на предыдущей передаче.
Из приведенного равенства следует, что передаточные числа трансмиссии должны удовлетворять условию:
.
где – частота вращения двигателя, с которой начинается разгон на передаче номер 
,об/мин; – частота вращения двигателя в конце разгона на предыдущей 
-й передаче, об/мин.
Учитывая принятую предпосылку, что на всех передачах диапазон частот вращения 
должен быть одинаковым, переписываем предыдущее соотношение в следующем виде:
,
что предполагает построение ряда передач по принципу геометрической прогрессии. Знаменатель 
прогрессии определяем по формуле:
,
где 
– число ступеней в коробке передач; 
– передаточные числа коробки соответственно на первой и высшей передачах. В частном случае, когда высшая передача является прямой:
. (9)
Протекание процесса разгона автомобиля при применении геометрического ряда передач иллюстрируется графиком, приведенным на рисунке 2.
Рис. 2. График движения автомобиля при разгоне в случае применения геометрического ряда передач.
График представляет собой скоростную характеристику автомобильного двигателя, на которой, помимо кривой 
построен ряд лучей, изображающих зависимость скорости автомобиля 
от частоты вращения двигателя при движении на разных передачах. Номера передач указаны римскими цифрами, поставленными у лучей. Точки пересечения каждой пары смежных лучей с вертикалями, соответствующими для предыдущей передачи частоте вращения двигателя , а для последующей передачи – частоте вращения двигателя , лежат на прямых, параллельных оси абсцисс, так как в точках перехода с одной передачи на другую скорости автомобиля должны быть одинаковыми. Участки лучей, на которых происходит движение автомобиля при разгоне, выделены жирными линиями. Сначала автомобиль движется на первой передаче, в точке а он переходит на вторую передачу, в точке б – на третью и т. д. В действительности, при переключении передач движение какое-то время происходит по инерции, в результате чего скорость автомобиля снижается. Чем выше скорость, тем интенсивнее происходит ее снижение. Поэтому при окончательной корректировке передаточных чисел рекомендуется несколько отступать от закона геометрической прогрессии и уменьшать соотношения между передаточными числами по мере перехода к высшим передачам, чтобы
.
На автомобилях высокой проходимости в большинстве случаев устанавливаются дополнительные понижающие редукторы, так называемые демультипликаторы или ходоуменьшители. Они применяются в тяжелых дорожных условиях для повышения динамического фактора автомобиля или для получения в необходимых случаях особо низких скоростей движения. Передаточное число понижающего редуктора выбирается с таким расчетом, чтобы оно обеспечивало с некоторым запасом возможность полного использования сцепного веса автомобиля при включенном переднем ведущем мосте.
Методические указания
1. Определить собственный вес автомобиля:
;
2. Определить требуемую мощность двигателя автомобиля по формуле (1);
3. Определить силу сопротивления воздуха по формуле (2);
4. Определить передаточное число главной передачи по формуле (6);
5. Определить максимальный динамический фактор 
по условиям сцепления ведущих колес с дорогой на первой передаче по формуле (4), (5);
6. Определить максимальный крутящий момент двигателя по формуле:
кгс-м;
7. Определить передаточное число коробки на первой передаче по формуле (8);
8. Предварительно подбираем передаточные числа трансмиссии по принципу геометрической прогрессии. Знаменатель прогрессии определяем по формуле (9);
9. Рассчитываем передаточные числа коробки передач на всех передачах, используя выражения
, 
, 
, ……, 
.
Передаточное число коробки передач на прямой передаче (девятой у дизельного ДВС, и пятой у карбюраторного) равно 1.
Полученные значения передаточных чисел коробки передач внести в таблицу 2.
| Номер передачи | 9 | 8 | 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 |
| Передаточное число коробки | 1 | ||||||||
Передаточное число трансмиссии,  |
Окончательная корректировка передаточных чисел должна быть проведена при подборе чисел зубьев шестерен трансмиссии.
Практическое занятие №2
ТЯГОВО-ДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ АВТОМОБИЛЯ
1. Изучить методику построения универсальной динамической характеристики грузового автомобиля;
2. Построить универсальную динамическую характеристику грузового автомобиля в соответствии с заданием (таблица 1);
3. определить в соответствии с заданием (таблица 1):
– на каких передачах сможет автомобиль двигаться в заданных дорожных условиях;
– максимальные скорости движения, развиваемые автомобилем.
Дата добавления: 2018-08-06 ; просмотров: 1382 ; Мы поможем в написании вашей работы!