28

Фгоу впо

РЯЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

АГРОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

им. проф. П.А.КОСТЫЧЕВА

МЕТОДИЧЕСКОЕ УКАЗАНИЕ

ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

ПО ДИСЦИПЛИНЕ

ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА АВТОМОБИЛЯ

РЯЗАНЬ 2011

ПРЕДИСЛОВИЕ

Методические указания предназначены для выполнения курсовой работы по теории автомобилей студентами специальности «Механизация сельского хозяйства» агротехнологических ВУЗов. В пособии изложена последовательность выполнения курсовой работы в соответствии с заданием, приведены справочные и нормативные материалы для расчетов.

ВВЕДЕНИЕ

Основной задачей курсовой работы является систематизация и закрепление знаний студентов по основным вопросам теории автомобиля, что имеет первостепенное значение в области формирования специалистов высшей квалификации.

Успешное решение задач, стоящих перед производством, во многом зависит от состояния и использования мобильной энергетики, которая непрерывно совершенствуется.

Курсовая работа включает: расчет и построение теоретической скоростной (внешней) характеристики двигателя, расчет и построение динамической и экономической характеристик автомобиля.

Курсовая работа должна содержать: расчетно-пояснительную записку, написанную четко и грамотно, схемы и графики, выполненные карандашом на листах чертежной или миллиметровой бумаги.

Содержание курсовой работы.

I часть. Описание конструкции прототипа.

1.1. Общие сведения.

1.2. Двигатель.

1.3. Трансмиссия.

1.4. Ходовая часть.

1.5. Рулевое управление.

1.6. Тормозная система.

II часть. Динамический и экономический расчет автомобиля.

2.1. Расчет мощности и частоты вращения коленчатого вала двигателя автомобиля.

2.2. Расчет и построение внешней скоростной характеристики двигателя.

2.3. Определение передаточного числа главной передачи.

2.4. Подбор передаточных чисел коробки передач.

2.5. Построение графика тягового баланса автомобиля.

2.6. Построение универсальной динамической характеристики автомобиля.

2.7. Расчет и построение экономической характеристики автомобиля.

Заключение.

Список используемой литературы.

I часть. Описание конструкции прототипа.

В этой части курсовой работы необходимо дать общую характеристику рассчитываемого прототипа автомобиля, описать конструкцию и дать схемы двигателя, трансмиссии, ходовой части, рулевого управления, тормозной системы.

II часть. Динамический и экономический расчет автомобиля.

2.1. Расчет мощности и частоты вращения коленчатого вала двигателя автомобиля.

Мощность N_E двигателя, необходимую для движения полностью нагруженного автомобиля с установившейся максимальной скоростью V_A.MAX в заданных дорожных условиях, определяют по формуле:

, кВт (2.1)

где: V_A.MAX – максимальная скорость движения автомобиля (по заданию), км/ч;

G – сила тяжести автомобиля с грузом, Н;

Ψ – приведенный коэффициент дорожного сопротивления;

к - коэффициент сопротивления воздуха, кг/м³;

F – площадь лобового сопротивления автомобиля, м²;

η_ТР – механический КПД трансмиссии для режима максимальной скорости.

Площадь лобового сопротивления для грузовых автомобилей:

, м² (2.2)

где: В – колея задних колес, м;

Н – габаритная высота автомобиля, м.

Для легковых автомобилей:

, м² (2.3)

где: А – наибольший габаритный размер по величине, м.

Значения коэффициента сопротивления воздуха к эмпирические и принимаются из характеристики прототипа. В случае отсутствия этого коэффициента (устаревшая модель, некоторые грузовые автомобили) он принимается в следующих пределах:

к=0,20...0,30 – легковые автомобили с закрытым кузовом;

к= 0,35...0,60 – легковые автомобили с необтекаемой формой кузова;

к= 0,60...0,70 – грузовые автомобили;

к= 0,30...0,50 – автобусы.

Сила тяжести автомобиля:

, Н (2.4)

где: т₀ – собственная масса автомобиля (принимается по прототипу), кг;

т_Г – масса перевозимого груза (по заданию), кг;

g – ускорение свободного падения, 9,8 м/с².

При проектировании для обеспечения необходимого динамического фактора в области средних эксплуатационных скоростей движения определяют максимальную мощность двигателя по формуле:

(2.5)

Частота вращения коленчатого вала двигателя, соответствующая максимальной мощности, определяется коэффициентом оборотности двигателя η_п , равным отношению частоты вращения коленчатого вала двигателя к соответствующей скорости движения автомобиля.

, отсюда (2.6)

Коэффициент оборотности принимают равным в пределах 30...50 в соответствии с прототипом автомобиля и расчетной максимальной мощностью двигателя.

2.2.1. Расчет и построение внешней скоростной характеристики бензинового двигателя.

С некоторой долей погрешности внешняя скоростная характеристика может быть определена и построена для четырехтактных двигателей с искровым зажиганием на основании следующих данных:

Таблица 1.

п, %	20	40	60	80	100	120
п, мин-1					nMAX
NE, %	20	50	73	92	100	92
NE, кВт					NE.MAX

Для автомобильных четырехтактных дизелей зависимость эффективной мощности и частоты вращения коленчатого вала в процентах принимают:

Таблица 2.

п, %	20	40	60	80	100	110
п, мин-1					nMAX
NE, %	17	41	67	87	100	0
NE, кВт					NE.MAX	0

Таким образом, получив в результате расчета N_E.MAX и п_МАХ и приняв их за 100%, можно рассчитать и графически построить внешнюю скоростную характеристику для двигателя проектируемого автомобиля.

На график также наносится кривая крутящего момента двигателя, каждая точка которой определяется по формуле:

, Нм (2.7)

где: ω – угловая скорость коленчатого вала, с^-1.

, с^-1 (2.8)

Кривая удельного расхода топлива g_e для двигателя строится на основании следующих данных:

Таблица 3.

п, %	20	40	60	80	100	120
п, мин-1
ge, %	110	100	95	95	100	115
ge, г/кВт·ч

За 100% удельного расхода топлива принимают для карбюраторного двигателя 300...330 г/кВт·ч, для дизельного двигателя 220...250 г/кВт·ч.

Часовой расход топлива для каждого значения частоты вращения коленчатого вала двигателя подсчитывается по формуле:

, кг/ч (2.9)

Примерная скоростная характеристика карбюраторного двигателя представлена на рисунке 1.

.

М_КР

N_E

G_Т

g_e

М_КР,

N_E,

G_Т,

g_e

n

Рисунок 1. Скоростная характеристика бензинового двигателя.

2.2.2. Расчет и построение внешней скоростной характеристики дизельного двигателя.

Регуляторная характеристика дизеля является его основным техническим документом. Поэтому умение свободно читать характеристику, хорошо понимать, как меняются основные технико-экономические показатели в зависимости от скоростного и нагрузочных режимов, для инженера совершенно необходимо.

Регуляторная характеристика строится в трех вариантах:

1. В функции от частоты вращения коленчатого вала двигателя – n_д;

2. В функции от эффективной мощности двигателя – N_E;

3. В функции от крутящего момента двигателя – М_Е.

Регуляторная характеристика служит основой для тягового расчета трактора и построения его теоретической тяговой характеристики.

Порядок расчета регуляторной характеристики.

Задаваясь различными значениями частот вращения вала двигателя в процентах (100, 80, 60, 40, 20) от номинальной величины (по заданию), определяют текущие значения N_{E I} мощности двигателя на безрегуляторной ветви характеристики по эмпирической формуле:

, кВт (2.10)

где: n₁ и n_H – текущее и номинальное значение частот вращения коленчатого вала двигателя;

С₁ = 0,5; С₂ = 1,5 – для дизелей с непосредственным впрыском топлива;

С₁ = 0,7; С₂ = 1,3 – для дизелей с вихрекамерным смесеобразованием.

На регуляторной ветви характеристики принимают изменения мощности N_E по закону прямой линии от N_E =0 до N_{E НОМ}..

На корректорной ветви с увеличением нагрузки частота вращения вала двигателя падает и уменьшается эффективная мощность.

Для расчета вместо формулы (6) можно воспользоваться таблицей 2.

Таблица 4.

nд/nН, %	20	40	60	80	100
NЕ/NЕ НОМ, %	17	41	67	87	100

Частота вращения коленчатого вала двигателя на холостом ходу n_ХХ (N_E =0) зависит от степени неравномерности регулятора δ_р и ее можно определить по формуле:

(2.11)

У современных тракторных двигателей δ_р=0,07...0,08.

Частота вращения коленчатого вала двигателя при максимальном крутящем моменте n₀ определяется через коэффициент приспособляемости двигателя по частоте вращения:

, (2.12)

где: к_ОБ = 1,2...1,8 – коэффициент приспособляемости двигателя по частоте вращения; чем быстроходнее двигатель, тем выше к_ОБ.

Зная мощность и частоту вращения коленчатого вала двигателя, определяют крутящий момент по формуле:

, Нм (2.13)

где: ω_i – угловая скорость коленчатого вала соответственно мощности двигателя N_{E I}.

, с^-1 (2.14)

На регуляторном участке М_Е так же, как и мощность меняется по закону прямой, а на безрегуляторной ветви растет от М_{Е НОМ} до М_{Е МАХ} при n₀.

Часовой расход топлива на регуляторном участке растет по прямой от минимального значения G_{Т ХХ} при холостом ходе двигателя до максимального значения G_{Т МАХ} при номинальной мощности двигателя.

, кг/ч (2.15)

где: g_{E НОМ} – удельный расход топлива при номинальной мощности (по заданию), г/кВт·ч.

, кг/ч (2.16)

Часовой расход топлива при максимальном моменте составляет (0,6...0,8)·G_{Т МАХ}.

Учитывая, что при перегрузке часовой расход топлива уменьшается по кривой с небольшим отрицательным ускорением, можно без большой погрешности на этом участке принять прямолинейный закон изменения G_Т. Тогда точки удельного расхода топлива на корректорная ветви можно определить по формуле:

, г/кВт·ч (2.17)

Результаты расчета показателей работы двигателя заносят в сводную таблицу 5 для построения регуляторной характеристики.

Таблица 5. Результаты расчета регуляторной характеристики.

n, мин-1	NE, кВт	ME, Нм	GТ, кг/ч	gE , г/кВт·ч

Пользуясь полученными расчетными данными, строят регуляторные характеристики дизеля в функции от частоты вращения коленчатого вала, эффективной мощности и крутящего момента.

На рисунках 2, 3и 4 приведен общий вид характеристик.

g_E

G_Т

N_E

М_Е

n₀

n_H

n_XX

N_E,

M_E,

G_Т,

g_E

n_д

М_{Е НОМ}

G_{Т MAX}

M_{E MAX}

N_{E HOM}

G_{Т ХХ}

Рисунок 2. Теоретическая регуляторная характеристика двигателя в функции от частоты вращения.

g_E

M_E

G_Т

п_д

G_{Т ХХ}

п_ХХ

G_{Т МАХ}

M_{E НОМ}

M_{E МАХ}

N_E

N_{E НОМ}

М_E,

п_д,

g_E,

G_Т

Рисунок 3. Теоретическая регуляторная характеристика в функции от эффективной мощности.

g_E

G_Т

N_E

n_д

G_{Т ХХ}

N_{E НОМ}

G_{Т МАХ}

n_Н

N_E,

п_д,

g_E,

G_Т

M_E

M_{E МАХ}

M_{E НОМ}

Рисунок 4. Теоретическая регуляторная характеристика в функции от крутящего момента.