Курсовая работа: Синтез и анализ эксплуатационных параметров автомобиля

Курсовая работа: Синтез и анализ эксплуатационных параметров автомобиля

Введение

Эксплуатационными свойствами автомобиля, определяющими приспособленность его конструкции к эффективному использовании в реальных условиях, являются вместимость (пассажиро- и грузовместимость), использование массы, тяговая и тормозная динамичность, топливная экономичность, устойчивость, управляемость, маневренность, плавность хода, проходимость, надежность(безотказность, долговечность, ремонтопригодность, сохраняемость), безопасность.

Эффективность как безразмерное отношение эффекта (положительного результата) к соизмеримым затратам на его производство может быть энергетической и стоимостной (экономической).

Поскольку автомобиль является преобразователем химической энергии топлива и атмосферного воздуха через тепловой поток продуктов сгорания Gт Нu в поступательное движение массы mг водителя, пассажиров, грузов или специально оборудования по дрогам, улицам и местности с мгновенной рабочей скоростью uа,, то его эффект можно измерить полезным импульсом mгuа и полезной мощностью Na поступательного движения в автомобиле полезной массы mг,, а энергетическую эффективность автоперевозок - коэффициентом полезного действия (КПД) автомобиля hа. При этом полезную (транспортную) работу автомобиля должно определять интегрированием мгновенной мощности Na за время t, а стоимостную эффективность автомобиля – отношением цены (тарифа) к себестоимости полезной (транспортной) работы, измеряемой в физических единицах (МДж) с учетом динамического фактора автомобиля по двигателю Dг и сцеплению jl, показателей дорожных условий (j, f, i) и режимов движения (+ j). Все эти показатели, необходимые для графического определения коэффициента буксования d и рабочей скорости uа, можно синтезировать в динамическом паспорте автомобиля, разработанном и применяемом на кафедре «Тракторы и автомобили» Вятской ГСХА с целью прогноза энергетической и стоимостной эффективности автомобилей и тракторов. В не кафедральных литературных источниках такого динамического паспорта нет.

Расчет и построение графика динамического паспорта автомобиля (лист 2) возможны после предварительного анализа конструкции автомобиля и условий его использования (глава 1). Модель, прототип или альтернативную конструктивную схему автомобиля и предлагаемое предприятие студент выбирает сам с перспективой использования результатов курсового проектирования в дипломном проекте, как правило комплексном.

1. Анализ конструкции автомобиля и условий его использования

Расчет внешней скоростной характеристики двигателя

В настоящее время на автомобилях используются главным образом поршневые двигатели внутреннего сгорания, приспособленные к устойчивому переносу мощности через трансмиссию к ведущим колесам в интервале частот вращения коленчатого вала от nм при максимальном крутящем моменте Ме max до nN при максимальной эффективной мощности

Ne max = MeN weN = 0,105 MeN nN,                        (1.1)

где MeN – крутящий момент при максимальной мощности, кНм;

Meн=0,36кНм.

weN – угловая скорость коленчатого вала при максимальной мощности, рад/с;

                                    (1.2)

Nemax=114,912кВт.

При эксплуатации автомобиля часть эффективной мощности Ne расходуется потребителями, неучтенными при стендовых испытаниях двигателя, а также не может быть получена из-за отличия реальных атмосферных условий от стандартных при снятии внешней скоростной характеристики на стенде. Поэтому при использовании стандартной внешней характеристики для расчета тягово-скоростных показателей автомобиля все значения Ne необходимо умножить на коэффициент коррекции kp = 0,93 – 0,96.

Если реальной внешней характеристики двигателя в графической или табличной формах нет, но известны Ne max, nN, Ме max и nм, то после определения коэффициентов приспособляемости:

 (1,3)  

km=0,22

,      (1.4)

kw=1,68 а также коэффициентов:

, (1.5)

a=0,74

0,74

,      (1.6)

в=1,60

1,60

,        (1.7)

с= 1,34

можно определить текущие значения крутящего момента по эмпирической зависимости:

,                      (1.8)

Ме – текущие значения крутящего момента, кНм;

MeN – крутящий момент при максимальной мощности, кНм; согласно (1.1)

 ;

n – текущие значения частоты вращения коленчатого вала, мин-1; принимаем не менее шести удобных и по возможности равномерно распределенных значений, включая n < nм; n = nм, n = nN и n > nN;

kp – коэффициент коррекции стендовой внешней характеристики, принятый из интервала kp=0,93-0,96.

Текущие значения эффективной мощности определяем по формуле:

Ne = Me we » 0,105 Ме n,                                    (1.9)

а текущие значения удельного расхода топлива из произведения:

ge = geN kn,                      (1.10) где:

ge – текущее значение удельного расхода топлива, г/(кВт ч);

geN – удельный расход топлива при максимальной мощности Nmaxг/(кВтч); принимаем из технической характеристики двигателя или из задания;

kn – коэффициент влияния частоты вращения коленчатого вала на удельный расход топлива; определяем из графика [, с. 90] или из таблицы 1.

Таблица 1. Приближенные значения коэффициента kn при отношениях:

При несовпадении значений отношения n/nN табличные значения kn интерполируем и уточняем при построении графика внешней скоростной характеристики двигателя на миллиметровой бумаге формата А4 (рис. 1), расчете эффективного КПД

                   (1.11)

и часового расхода топлива

Gt = 10-3 ge Ne,        (1.12)

где Нu – низшая теплота сгорания топлива;

Нu » 44 кДж/г –автомобильный бензин;

После графической проверки расчетных значений Me, Ne, ge, hе и Gt, включая их регуляторные (дизели) и ограничительные (карбюраторные двигатели грузовых автомобилей) «ветви», составляет таблицу 2:

Таблица 2. Внешняя скоростная характеристика двигателя при kр = 0,93

1.2 Прогноз условий автоперевозок

Прогноз условий автоперевозок целесообразно совместить с оценкой проходимости и пассажиро- или грузовместимости автомобиля.

Основными показателями дорожных условий являются приведенный коэффициент дорожных сопротивлений и коэффициент сцепления. Они входят в неравенство:

y < Dг < jх l,              (1.13)

определяющее проходимость и тяговую динамичность транспортного средства, у которого часть массы lmа действует на ведущие колеса, а часть массы (1 - l) mа- на ведомые. У полноприводных автомобилей коэффициент нормальной нагрузки ведущих колес l = 1, а у автопоездов с неполноприводными тягачами коэффициент l << 1 и ограничивает их проходимость по скользким дорогам.

Согласно ГОСТ Р 50597 – 93 дорожное покрытие должно иметь коэффициент сцепления j > 0,4. Однако на гололеде и снежном накате коэффициент сцепления j < 0,25 и часто является причиной ДТП. Такое несоответствие дороги стандарту, определенное контрольным торможением или следственным экспериментом на месте ДТП, может обеспечить защиту прав его участников, в том числе возместить материальный ущерб и компенсировать моральный вред за счет дорожно-эксплуатационного предприятия, своевременно не устранившего зимнюю скользкость дороги.

Технические правила ремонта и содержания автомобильных дорог (ВСН 24 – 88) к основным транспортно-эксплуатационным показателям автомобильной дороги относят: обеспеченную скорость, пропускную способность, уровень ее загрузки движением, непрерывность, комфортность и безопасность движения, способность пропускать автомобили и автопоезда с осевой нагрузкой и грузоподъемностью (или общей массой), соответствующими категории дороги.

По техническому уровню, эксплуатационному состоянию и организации движения автомобильные дороги должны обеспечивать возможность безопасного движения одиночных автомобилей при благоприятных погодных условиях с максимальными скоростями, близкими к расчетным (Крсэ ³ 1) соответствующей категории, установленной для эксплуатируемой дороги, утвержденной технической документацией. В неблагоприятных погодно-климатических условиях допускается снижение обеспечиваемой максимальной скорости по отношению к расчетной по СНиП 2.05.02 – 85, но не ниже значений, приведенных в таблице 1. ВСН 24-88. в курсовом проекте значение обеспечиваемой дорогой максимальной скорости uод следует записать в таблицу 1 прогноза условий автоперевозок, а в главе 2 сравнить его со значением рабочей скорости автомобиля, требованиями п. 10.1 ПДД РФ, уровнем мастерства водителя, особенностями транспортного потока и среды.

Таблица 3 Ориентировочные значения показателей.

Вместимость автомобиля как его способность единовременно и качественно перевозить наибольшее количество пассажиров, грузов или специального оборудования можно оценить по значению коэффициента использования грузоподъемности:

,                     (1.14)

комфортности и безопасности пассажиров или количественной и качественной сохранности грузов и специального оборудования. При перевозке сыпучих грузов малой плотности лимитирующим показателем грузовместимости обычно является удельная объемная грузоподъемность

,                  (1.15)

где qv – удельная объемная грузоподъемность, т/м3;

q - грузоподъемность, т;

Vк – объем кузова, м3;

rг – плотность груза, т/м3.

При оценке основных эксплуатационных свойств автомобиля с помощью его динамического паспорта более удобным показателем вместимости является коэффициент полной нормальной загрузки. С учетом (1.15) расчетный коэффициент нормальной загрузки

,              (1.16)

где kv - коэффициент использования объема кузова, обеспечивающий количественную и качественную сохранность груза.

При перевозке сыпучих грузов в бортовой платформе или кузове самосвала можно принять kv » 0,95.

Вместимость затаренных грузов зависит от размеров тары и способа укладки и оценивается графоаналитически по схеме кузова, выполненной на миллиметровой бумаге формата А4.

Значения коэффициента нормальной нагрузки ведущих колес неполноприводного автомобиля в снаряженном состоянии lо и полностью груженого lq можно определить по данным технической характеристики как отношения массы, приходящейся на ведущие колеса, к общей массе (снаряженной или полной).

Все показатели таблицы 1. имеют широкие интервалы значений и для развития оперативной эрудиции требуют запоминания вместе с терминологической характеристикой дорожной обстановки. Например, обозначение 0,05 £ j £ 0,80 нижним пределом 0,05 характеризует очень скользкий гололед и наиболее сложные условия движения, а верхним пределом 0,80 – сухой шероховатой асфальтобетон и возможность движения одиночного автомобиля и расчетной скоростью. При этом коэффициент сопротивления качению 0,012 £ f £ 0,30 может иметь значение, близкое к его нижнему пределу, например 0,02, но не к верхнему 0,30, обозначающему переувлажненное поле во время уборки силосной массы, сахарной свеклы или картофеля с погрузкой при движении со скоростью менее 10 км/ч.

Достоверный прогноз условий автоперевозок может обеспечить их своевременность, экономичность и безопасность.

1.3  Составление кинематической схемы и расчет КПД трансмиссии

Кинематическую схему трансмиссии в стандартных обозначениях структурных элементов составляем на листе1 формата А1 по данным технического описания и каталога, выделяя все нагруженные детали и сопряжения, а также регулируемые в процессе эксплуатации и после ремонта.

Суммарную мощность, теряемую в трансмиссии, определяем по формуле

Nтр = (1 – 0,98k×0,97l×0,995m) Ne + Nтр o,            (1.13)

а КПД трансмиссии – по формуле

hтр = 0,98k×0,97l×0,995m – ,                          (1.14)

где k и l – число соответственно цилиндрических и конических или гипоидных зубчатых пар, через которое последовательно передается мощность;

m – число карданных шарниров, через которое передается мощность; m=4

Nтр o – мощность, теряемая в трансмиссии на холостом ходу, кВт; принимаем из интервала (о,03 – 0,05) Nemax.

Надежность и безопасность автомобиля, дороги и водителя

Надежность, включая в себя безотказность, ремонтопригодность и сохраняемость, являются комплексным общетехническим свойством любого изделия, в том числе автомобиля, автомобильной дороги и улично-дорожной сети. Однако СНиП 2.05.02. – 85 и СНиП 2.07.01 -89* соответственно автомобильные дороги и улично-дорожные сети общетехнической надежностью не оценивают.

С учетом ГОСТ 27.002-89 надежность автомобиля – это свойство автомобиля сохранять во времени в установленных пределах знания всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции (транспортную работу) в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, хранения и транспортирования. автомобильные дороги и улично-дорожные сети могут иметь подобное определение своей надежности – свойства автомобильной дороги и улично-дорожные сети сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции (обеспечивать движение транспортных средств) в заданных режимах и условиях содержания, ремонта и эксплуатации. Однако одним определением безнадежные российские дороги и улично-дорожные сети в надежные без содержания, ремонта, реконструкции и строительства не превратить.

Безотказность автомобиля – это свойство автомобиля непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или наработки. При таком определении безотказность живучесть автомобиля – это свойство автомобиля сохранять ограниченную работоспособность при воздействиях, не предусмотренных условиями нормальной эксплуатации, но возникающих в реальной эксплуатации на российских дорогах и улицах, а безопасность автомобиля - это свойство автомобиля не создавать угрозу для жизни и здоровья участникам дорожного движения в случае нарушения работоспособного состояния (отказа). Однако у конструктивного безопасного и технически исправного автомобиля отказ в форме неуправляемости траекторией и скоростью движения может возникнуть из-за предельно опасного состояния дороги, спроектированной и построенной согласно СНиП 2.05.02-85, но оледеневшей и недопустимо скользкой или имеющей засыпанные снегом просадки и выбоины на проезжей части и обочинах. Поэтому вероятную опасность автомобиля, дороги и среды как их объективную особенность создавать угрозу для жизни и здоровья водителя и других участников дорожного движения необходимо определить одинаково и синтезировать результаты их раздельного анализа в прогнозируемую вероятность опасностей динамичной системы ВАДС, исходно опасной, а не безопасной. Так называемая »конструктивная безопасность автомобиля» является рекламно-техническим термином, противоречащим юридическому определению автомобиля как средства повышенной опасности, особенно при управлении опасным водителем и движении по опасной дороге в опасной среде.

Проведенные в Англии исследования показали, что 80% водителей не совершают ДТП, 15% водителей совершают 70% всех ДТП, 5% водителей совершают 30% всех ДТП. Наши исследования показали, что 69% всех водителей не совершают ДТП, 12% совершают 33% всех ДТП, а 19% водителей совершают оставшиеся 67% ДТП» [ c. 139]. Следовательно, большинство безопасных водителей как-то обнаруживает опасности для движения и предотвращает ДТП, а меньшинство опасных водителей совершает ДТП, превращая себя и других в жертвы.

2. Расчет и построение динамического паспорта

При заданных модели автомобиля, скорости встречного или попутного ветра uw=0 м/с и коэффициенте сцепления колес с сухим шероховатым покрытием jос исходными данными для расчета и построения графиков динамического (тягово-тормозного паспорта) паспорта на листе 2 формата А1 являются:

- грузоподъемность q=6 т;

- собственная масса в снаряженном состоянии mо=4,3 т;

- коэффициенты нормальной нагрузки ведущих колес («развесовка»)

lо=0,51 и lq=0,75;

- радиус качения ведущих колес rк=0,48 м, принимаемый равным статическому и динамическому радиусам;

- передаточные числа трансмиссии uтр на всех передачах переднего хода;

- внешняя скоростная характеристика двигателя, рассчитанная в 1 и перенесенная в таблицу 4

При наличии действительных значений этих показателей задаваемая по желанию студента модель автомобиля и условия его использования могут быть любыми.

Теоретическую скорость uт определяем расчетом при коэффициенте буксования d=0 на всех передачах и всех табличных значениях частоты вращения n.

Силу сопротивления воздуха Рw при табличных значениях расчетной скорости uт и заданной скорости uw встречного (+) или попутного (-) ветра определяем по формуле

Рw = kw F (uт ± uw)2×10-3,                                    (2.1)

где Рw – сила сопротивления воздуха, кН;

uт и uw - скорости автомобиля и ветра, м/с;

kw – коэффициент обтекаемости, Н с2/м4;

согласно [1, с. 42] kw принимаем из интервалов:

- 0,20 – 0,35 – легковые автомобили;

- 0,45 – 0,55 – автобусы капотной компоновки;

- 0,35 – 0,45 – автобусы вагонной компоновки;

- 0,50 – 0,70 – грузовые автомобили с бортовой платформой и самосвалы;

- 0,55 – 0,65 – автоцистерны;

- 0,50 – 0,60 – автофургоны;

- 0,85 – 0,95 – автопоезда;

- 0,15 – 0,20 – гоночные автомобили;

F – площадь лобового сопротивления, м2; согласно [1, с. 42] определяем по формулам:

F = B Нг – грузовые автомобили с шириной колеи передних колес В и габаритной высотой Нг, м2;

F = 0,8 B Нг – легковые автомобили с габаритной шириной Вг и габаритной высотой Нг, м2.

Рассчитанные по формуле (1.13) значения КПД трансмиссии hтр заносим в таблицу 4.

Полную окружную силу ведущих колес Рко определяем по формуле

Таблица 4 Расчетная динамическая характеристика снаряженного автомобиля при факторе обтекаемости kwF=22 Н с2/м2 и скорости ветра uw=0м/с

,              (2.2)

Страницы: 1, 2, 3