Расчет тягово-экономических параметров автомобиля ВАЗ 21083

Параметры	Марка автомобиля
	ВАЗ 21083
Номер варианта	3
Полная масса Ма, кг	1345
Грузоподъемность  Мг  кг	425
Максимальная мощность двигателя, Ne , кВт	58
Угловая частота вращения коленвала двигателя  при максимальной мощности n , об/мин	5400
Максимальный крутящий момент двигателя Me , H*м	116
Угловая частота вращения коленвала двигателя при максимальном крутящем моменте nм, об/мин	3000
Предаточные числа коробки  перемены переда	3,64
	1,95
	1,36
	0,94
	0,38
Предаточное число главной  передачи	3,9
Максимальная скорость V , км/ч	155
Габаритные размеры, мм высота ширина длина	1402 1650                                                                                                                                         4006
Рассчитываемый агрегат	с

Исходные данные для расчета ВАЗ 21083

Примечание: с – сцепление; г  – главная передача; к – коробка  перемены передач.

1.Построение внешней  скоростной характеристики двигателя

Для построения внешней скоростной характеристики поршневого двигателя  внутреннего сгорания используют эмпирическую формулу, позволяющую по известным  координатам одной точки скоростной характеристики (Ne_max и n_N) воспроизвести всю кривую мощности:

где Ne, кВт – текущее значение мощности двигателя, соответствующее частоте вращения вала двигателя  n, об/мин; Ne_max , кВт – максимальная мощность двигателя внутреннего сгорания при частоте вращения n_N  , об/мин; A₁,A₂ – эмпирические коэффициенты, характеризующие тип двигателя внутреннего сгорания. 

Значения эмпирических коэффициентов A₁,A₂ принимают для карбюраторных двигателей A₁= A₂ = 1,0.

Для выбора текущего значения n диапазон частоты вращения вала двигателя от минимально устойчивых оборотов n_min до n_N разбивают на произвольное число участков:

Так как у карбюраторного двигателя, не имеющего ограничителя частоты  вращения, максимальная частота вращения коленчатого вала n_max при движении автомобиля с максимальной скоростью может на 10-20% превышать частоту n_N , для него берут еще одно значение n после n_N  c тем же интервалом Dn.

Минимальную частоту  вращения коленчатого вала n_min выбирают в пределах 800 об/мин.

 Определив Ne  для принятых значений n, вычисляют соответствующие значения крутящего момента двигателя, Нм:

Результаты расчетов сводят в табл.1 и строят внешнюю  скоростную характеристику двигателя N_e=f(n) и M_e=f(n).

                                                                                                                     Таблица 1

Результаты расчетов внешней скоростной характеристики двигателя

Параметры	Значение параметров
n,об/мин	800	1600	2400	3200	4000	4800	5600	6400
A1*n/nN	0,1429	0,2857	0,4286	0,5714	0,7143	0,8571	1	1,1429
A2(n/nN)^2	0,0204	0,0816	0,1837	0,3265	0,5102	0,7347	1	1,3061
(n/nN)^3	0,0029	0,0233	0,0787	0,1866	0,3644	0,6297	1	1,4927
A1*n/nN+A2(n/nN)^2-(n/nN)^3	0,1604	0,344	0,5336	0,7113	0,8601	0,9621	1	0,9563
Ne,кВт	8,437	18,0944	28,0674	37,4144	45,2413	50,6065	52,6	50,301
Ме,Hм	100,717	108,001	111,685	111,659	108,014	100,686	89,702	75,059

       

2.Построение графиков  силового баланса и динамической  характеристики

При построении графиков силового баланса  для различных передач и скоростей  движения автомобиля рассчитывают значения составляющих уравнения силового баланса:

Тяговое усилие на ведущих колесах  определяют из выражения, Н:

где r_д - динамический радиус колеса, который в нормальных условиях движения принимаем равным r_ст, м. Вторую составляющую силового баланса - силу суммарного дорожного сопротивления определяют по формуле, Н:

где G=gm - полный вес автомобиля, Н; g= 9.8I м/с² - ускорение свободного падения.

В расчетах не учитывается  влияние скорости движения на коэффициент  сопротивления качению, в связи c чем полагают Y=const.

Для ВАЗ-21083 G=9,81*1345=13194,5Н, а при заданном Y=0,019   Р=0,019*1345*9,81=250,7 Н.

Сила сопротивления воздуха, Н:

где F - лобовая площадь, м²; v - скорость автомобиля, км/ч.

Лобовая площадь может быть определена по чертежу автомобиля, а при его  отсутствии - приближенно по выражению:

где a - коэффициент заполнения площади, для легковых автомобилей a=0,78-0,8. Для ВАЗ - 21083                           F = 0,78*1,65*1,402=1,804 м²

Сила сопротивления  разгону, Н:

 

где d - коэффициент, учитывающий влияние инерции вращающихся масс; j - ускорение автомобиля в поступательном движении, м/с².

При построении и анализе графиков силового баланса величина P_j не рассчитывается, а определяется как разность тягового усилия P_k и суммы сопротивлений движению (P_Y+P_w).

График силового баланса и все  последующие строят в функции скорости автомобиля v, км/ч, которая связана с частотой вращения вала двигателя n зависимостью:

где r_k - радиус качения колеса, м, равный при отсутствии проскальзывания статическому радиусу r_ст.

Динамический фактор автомобиля D определяется для различных передач и скоростей движения по формуле:

Переменные по скорости величины P_k,P_w и D рассчитывают по формулам, сводят данные расчетов в табл.2 и строят по ним графики силового 6aланca и динамической характеристики.

                                                                                                                 Таблица 2

Результаты  расчетов силового баланса и динамической характеристики

Параметры			Значение параметров
	n,об/мин	800	1600	2400	3200	4000	4800	5600	6400
	Ме,Нм	100,717	108,001	111,685	111,659	108,014	100,686	89,702	75,059
	V,км/ч	6,0081	12,0163	18,0244	24,0326	30,0407	36,0489	42,057	48,0652
Uк1 =	Pк,Н	4600,82	4933,55	5101,84	5100,65	4934,15	4599,4	4097,64	3428,74
3,636	Рw,Н	-	-	11,3079	20,1031	31,411	45,232	61,5656	80,4124
	Рк-Рw,H	4600,82	4933,55	5101,84	5100,65	4934,15	4599,4	4097,64	3428,74
	D	0,3423	0,3671	0,3796	0,3795	0,3671	0,3422	0,3049	0,2551
	V,км/ч	11,2029	22,4058	33,6086	44,8115	56,0144	67,2173	78,4202	89,6231
Uк2 =	Pк,Н	2467,43	2645,88	2736,14	2735,5	2646,2	2466,68	2197,58	1838,85
1,95	Рw,Н	-	17,474	39,315	69,894	109,21	157,262	214,051	279,577
	Рк-Рw,H	2467,43	2645,88	2736,14	2735,5	2646,2	2466,68	2197,58	1838,85
	D	0,1836	0,1969	0,2036	0,2035	0,1969	0,1835	0,1635	0,1368
	V,км/ч	16,098	32,197	48,295	64,394	80,492	96,591	112,689	128,788
Uк3 =	Pк,Н	1717,08	1841,26	1904,07	1903,63	1841,49	1716,55	1529,29	1279,65
1,357	Рw,Н	9,02	36,082	81,183	144,329	225,511	324,739	442,002	577,314
	Рк-Рw,H	1717,08	1841,26	1904,07	1903,63	1841,49	1716,55	1529,29	1279,65
	D	0,1278	0,137	0,1417	0,1416	0,137	0,1277	0,1138	0,0952
	V,км/ч	23,215	46,431	69,646	92,861	116,077	139,292	162,507	-
Uк4 =	Pк,Н	1190,7	1276,81	1320,36	1320,05	1276,96	1190,33	1060,47	-
0,941	Рw,Н	18,76	75,04	168,83	300,14	468,98	675,33	919,19	-
	Рк-Рw,H	1171,94	1201,77	1151,53	1019,91	807,98	515	141,28	-
	D	0,0872	0,0894	0,0857	0,0759	0,0601	0,0383	0,0105	-
	V,км/ч	27,864	55,729	83,593	111,457	139,322	167,186	-	-
Uк5 =	Pк,Н	992,04	1063,78	1100,07	1099,81	1063,91	991,73	-	-
0,784	Рw,Н	27,02	108,1	243,22	432,39	675,62	972,88	-	-
	Рк-Рw,H	965,02	955,68	856,85	667,42	388,29	18,85	-	-
	D	0,0718	0,0711	0,0638	0,0497	0,0289	0,0014	-	-
РΨ+РW,H		282,37	363,45	498,57	687,74	930,97	1228,23	-	-
		255,3543	255,3543	255,3543	255,3543	255,3543	255,3543	-	-

 

                                    

3.Оценка показателей  разгона автомобиля

Показатели разгона  автомобиля представляют собой графики  ускорений, времени и пути разгона  в функции скорости.

Ускорение j для разных передач и скоростей определяют по значениям D из табл.2, используя формулу:

 

где d =1,04 + 0.04 u_ki² предварительно рассчитывается для каждой передачи.

Расчетные данные для  построения графика ускорений сводят, в табл.3, где приводятся значения величин, обратных ускорениям 1/j, которые будут использованы при определении времени разгона АТС.

Поскольку при максимальной скорости для автомобиля без ограничителя частоты вращения вала двигателя  ускорение j=0, а обратная величина 1/j=¥, построение графика 1/j=f(v) ограничивают последней точкой, примерно соответствующей 0.9v_max. Для ВАЗ - 21083 это ограничение составляет 0,9*156=140 км/ч. Скорости 140 км/ч соответствуют значения j = 0,1761м/с² и 1/j = 5,6786c²/м.

 

                                                                                                                  Таблица 3

Результаты  расчетов ускорений и величин  обратных ускорениям

	n, об/мин	800	1600	2400	3200	4000	4800	5600	6400
	V,км/ч	6,0081	12,016	18,024	24,033	30,041	36,049	42,057	48,0652
1-я передача	D	0,3423	0,3671	0,3796	0,3795	0,3671	0,3422	0,3049	0,2551
Uк1 = 3,636	D - ψ	0,3233	0,3481	0,3606	0,3605	0,3481	0,3232	0,2859	0,2361
δ1= 1,56882	j,м/с2	2,0216	2,1767	2,2549	2,2542	2,1767	2,021	1,7878	1,4764
	1/j	0,4947	0,4594	0,4435	0,4436	0,4594	0,4948	0,5593	0,6773
	V,км/ч	11,203	22,406	33,609	44,812	56,014	67,217	78,42	89,6231
2-я передача	D	0,1836	0,1969	0,2036	0,2035	0,1969	0,1835	0,1635	0,1368
Uк2 = 1,95	D - ψ	0,1646	0,1779	0,1846	0,1845	0,1779	0,1645	0,1445	0,1178
δ2  = 1,1921	j,м/с2	1,3545	1,464	1,5191	1,5183	1,464	1,3537	1,1891	0,9694
	1/j	0,7383	0,6831	0,6583	0,6586	0,6831	0,7387	0,841	1,0316
	V,км/ч	16,098	32,197	48,295	64,394	80,492	96,591	112,69	128,788
3-я передача	D	0,1278	0,137	0,1417	0,1416	0,137	0,1277	0,1138	0,0952
Uк3 = 1,357	D - ψ	0,1088	0,118	0,1227	0,1226	0,118	0,1087	0,0948	0,0762
δ3 = 1,11366	j,м/с2	0,9584	1,0394	1,0808	1,08	1,0394	0,9575	0,8351	0,6712
	1/j	1,0434	0,9621	0,9252	0,9259	0,9621	1,0444	1,1975	1,4899
	V,км/ч	23,215	46,431	69,646	92,861	116,08	139,29	162,51	-
4-я передача	D	0,0872	0,0894	0,0857	0,0759	0,0601	0,0383	0,0105	-
Uк4 = 0,941	D - ψ	0,0682	0,0704	0,0667	0,0569	0,0411	0,0193	-0,008	-
δ4 = 1,075419	j,м/с2	0,6221	0,6422	0,6084	0,519	0,3749	0,1761	-0,078	-
	1/j	1,6075	1,5571	1,6437	1,9268	2,6674	5,6786	-12,9	-
	V,км/ч	27,864	55,729	83,593	111,46	139,32	167,19	-	-
5-я передача	D	0,0718	0,0711	0,0638	0,0497	0,0289	0,0014	-	-
Uk5=0.784	D - ψ	0,0528	0,0521	0,0448	0,0307	0,0099	-0,018	-	-
δ5 =1.06459	j,м/с2	0,4865	0,4801	0,4128	0,2829	0,0912	-0,162	-	-
	1/j	2,0555	2,0829	2,4225	3,5348	10,965	-6,165	-	-

 

Время разгона получают как интеграл функции

 

графическим интегрированием  функции 1/j=f(v), используя график величин, обратных ускорениям. Для этого площадь под кривыми 1/j=f(v)  в интервале от v_min до 0.9v_max  разбивают на произвольное число участков. Переход с одной передачи на другую выбирают при равных или при наиболее близких значениях j и 1/j.При этом каждый участок будет ограничен частью оси абсцисс, частью кривой зависимости 1/j=f(v)  и ординатами точек этой кривой, соответствующих начальной и конечной скоростям выбранного интервала. Площади этих участков представляют собой в определенном масштабе время разгона в соответствующем интервала скоростей на данной дороге.

Подсчитав площади участков и нарастающую сумму площадей, вычисляют время разгона, сводят расчеты в табл.4 и строят график времени разгона.

                                                                                                                    Таблица 4

Результаты расчетов времени разгона 

Параметр	Значение параметра
V,км/ч	6	26,5	47,5	68	88	109	128	139	140
Fti,мм2	0	157,5	189	241,5	304,5	378	462	330	138,6
ΣFti,мм2	0	157,5	346,5	588	892,5	1270,5	1732,5	2062,5	2201,1
Σ t,c	0	2,612	5,746	9,751	14,8	21,07	28,731	34,204	36,502

 

Путь разгона определяют по аналогии графическим интегрированием функции t=f(v), т.е. подсчетом соответствующих площадей графика времени разгона, поскольку

 

Методика расчета и  построения аналогична предшествующей. Для этого площадь над кривой t=f(v) в интервале от v_min до 0.9v_max  разбивают на произвольное число участков. Каждый участок ограничен частью оси ординат, частью кривой t=f(v) и абсциссами точек этой кривой, соответствующих начальной и конечной скоростям выбранного интервала. Площади этих участков представляют собой в определенном масштабе путь разгона в соответствующем интервале скоростей на данной дороге