Тяговый и динамический расчет ЗИЛа 130

Введение

 

Перед автомобильной промышленностью  в настоящее время стоят задачи, связанные с увеличением выпуска  экономичных автомобилей с дизельными двигателями, позволяющих значительно сократить расход топлива, а следовательно и затраты на него. Одновременно с ростом производства автомобилей особо большой грузоподъемности (110 и 180 тонн) необходимо создавать мощности для выпуска грузовых автомобилей малой грузоподъемности - полтонны. В настоящее время проводятся значительные работы по увеличению выпуска и повышению надежности автомобилей, работающих на сжатом и сжиженном газах. Возрастает производство специализированных автомобилей и прицепов для перевозки различных грузов. Предусматривается уменьшить на 15-20% удельную металлоемкость, увеличить ресурс, снизить трудоемкость технического обслуживания автомобилей, повысить все виды безопасности.

Курсовой проект по дисциплине "Конструирование  и расчет автомобилей" является творческой работой, целью которой служит приобретение навыков использования знаний, полученных как в самом курсе, так и в ряде профилирующих дисциплин, на которых базируется этот курс. Получение навыков аналитического определения показателей эксплуатационных свойств и конструктивных параметров автомобиля, закрепление навыков четкого изложения и защиты результатов самостоятельной работы как в рукописных формах, так и при публичном выступлении.

 

1. Расчёт тягово-динамических параметров  автомобиля

1.1 Выбор основных параметров  автомобиля

 

В ходе выполнения курсового проекта  выбирается и рассчитывается ряд параметров проектируемого автотранспортного средства и составляется таблица 1.1 основных параметров автомобиля ЗИЛ-130-76.

 

Таблица 1.1

Основные параметры  автомобиля ЗИЛ-130-76

№ п/п	Параметр	Обозначение	Размерность	Значение
1	Полная масса	Ма	кг	10525
2	Грузоподъёмность	Мг	кг	6000
3	Максимальная мощность двигателя	Nemax	кВт	110,3
4	Угловая частота вращения коленвала  двигателя при максимальной мощности	wN	рад/с	335,1
5	Максимальный крутящий момент двигателя	Memax	Н´м	402
6	Угловая частота вращения коленвала двигателя при максимальном крутящем моменте	wM	рад/с	209,4
7	Распределение полной массы: на переднюю ось на заднюю ось	Maп Maз	кг кг	2625 7900
8	Распределение собственной массы: на переднюю ось на заднюю ось	М Mп Мз	кг кг кг	4300 2120 2180
9	Передаточные числа КПП: первая передача вторая передача третья передача четвёртая передача пятая передача	iк1 iк2 iк3 iк4 iк5	- - - - -	7,44 4,10 2,29 1,47 1,00
10	Передаточное число главной  передачи	iко	-	6,33
11	Максимальная скорость	vаmax	км/ч	90
12	КПД трансмиссии	hт	-	0,89
13	Коэффициент обтекаемости	к	Н´с2/м4	0,68

1.2 Построение внешней скоростной  характеристики

 

Внешне-скоростной характеристикой  двигателя называется зависимость  эффективной мощности и эффективного крутящего момента от частоты вращения коленвала двигателя при полной подаче топлива.

Внешняя скоростная характеристика двигателя  имеет следующие характерные  точки:

1). w_min – минимально устойчивая угловая частота вращения коленвала двигателя, рад/с.

2). w_M – угловая частота вращения коленвала двигателя, соответствующая максимальному крутящему моменту, рад/с.

3). w_N – угловая частота вращения коленвала двигателя, соответствующая максимальной мощности, рад/с.

4). w_огр – угловая частота вращения коленвала двигателя, при которой срабатывает ограничитель числа оборотов коленвала двигателя, рад/с.

рад/с.

Текущее значение мощности определяется по формуле:

,

где N_e – значение эффективной мощности двигателя, кВт; N_emax – максимальная мощность, кВт; w_e – угловая частота вращения коленвала двигателя, об/мин; w_N – угловая частота вращения при максимальной мощности, об/мин; a, b, c – постоянные коэффициенты, зависящие от конструкции двигателя.

Двигатель ЗИЛ-130 снабжён ограничителем частоты вращения коленвала двигателя, поэтому коэффициенты a, b, c вычисляются по формулам:

; ; и _,

_{где Кw - коэффициент приспособляемости по частоте, ;  Мз – запас крутящего момента, %.}

,

_{где МеN – крутящий момент при максимальной мощности, Н´м; Меmax – максимальный крутящий момент, Н´м Н´м.}

.

, , ,

проверяя, получаем что  – расчёты проведены верно.

Крутящий момент двигателя определяется по формуле:

.

Тяговая мощность определяется по формуле:

,

где h_т – кпд трансмиссии, h_т=0,89 (табл. 1.1).

Рассчитанные значения мощности записываем в таблицу 1.2.

_{Таблица 1.2.}

Результаты расчета  внешней скоростной характеристики

we	рад/с	68	106	144	182	220	258	296	335
Ne	кВт	22,8	39,1	56,3	73,1	88,3	100,4	108,2	110,3
Me	Н´м	334,7	368,6	391,0	401,9	401,3	389,1	365,5	329,3
NT	кВт	20,3	34,8	50,1	65,1	78,6	89,4	96,3	98,2

 

По результатам расчётов (табл. 1.2) строим графики N_e=f(w_e), N_t=f(w_e), M_e=f(w_e) (рис. 1.1).

Интервал от w_N до w_М характеризует устойчивость работы двигателя.

 

1.3 Построение лучевой диаграммы

 

Перед построением мощностного  баланса следует найти связь  между угловой частотой вращения коленвала двигателя и скоростью транспортного средства на всех передачах. Для этого строится лучевая диаграмма.

Лучевой диаграммой называется зависимость скорости автомобиля от частоты вращения коленчатого вала двигателя при постоянном значении передаточного числа. Лучевая диаграмма строится для каждой передачи.

Диаграмму строят исходя из условия:

 м/с,

где w_е – частота вращения коленвала двигателя, рад/с; r_к – радиус качения колеса, r_к=0,471 м; i_к - передаточное число передачи; i_о - передаточное число главной передачи;

Графики скоростей на различных  передачах в зависимости от угловой частоты выходят из начала координат, представляют собой прямые, поэтому в качестве w_е удобно принять w_е=w_N.

Расчёт скорости при w_е=w_N=335,1 рад/с на пятой (прямой – i_к5=1) передаче:

км/ч.

Таблица 1.3.

Результаты расчета  лучевой диаграммы

Передача	I	II	III	IV	V
iк	7,44	4,10	2,29	1,47	1
iо	6,32
wе, рад/с	335,1
rк, м	0,471
vmax, км/ч	12	22	39	61	90

 

По результатам расчётов (табл. 1.3) строим лучевую диаграмму (1.2).

 

1.4 Построение тяговой характеристики  автомобиля

 

Тяговая характеристика или мощностной баланс показывает распределение мощности на всех передачах по отдельным видам сопротивлений:

 кВт,

где N_y – мощность, затрачиваемая на преодоление суммарного дорожного сопротивления, кВт; N_w – мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления воздуха, кВт; N_j -  мощность, затрачиваемая на преодоление инерции, кВт; N_тр – потери мощности в трансмиссии, кВт.

Составляющие мощностного баланса  зависят от скорости автомобиля. Связь  между частотой вращения коленвала двигателя  и скоростью автомобиля можно найти по лучевой диаграмме.

Разность между мощностью двигателя  и мощностью на ведущих колёсах  представляет собой мощность механических потерь.

Величину мощности суммарного дорожного сопротивления можно  найти по формуле:

 кВт,

где R_а – полный вес транспортного средства; v – скорость транспортного средства, м/с;  y – суммарный коэффициент дорожного сопротивления; i – коэффициент сопротивления подъему (при построении мощностного баланса принимаем i=0, т.к. рассматриваем движение по горизонтальному участку дороги); f – коэффициент сопротивления качению , где f₀=0,02 – коэффициент сопротивления качению при малой скорости.

Н.

Таким образом, кВт.

Значения N_y при различных скоростях заносим в таблицу 1.4.

Потери мощности на преодоление  сопротивления воздуха определяем по формуле:

 кВт,

где к – коэффициент обтекаемости, для ЗИЛ-130-76 к=0,5; v – скорость транспортного средства, м/с; F – лобовое сечение автомобиля, м² , где В=1,8 м – колея автомобиля; Н=2,4 м – высота автомобиля, т.о. м².

 Расчёт мощности сопротивления  воздуха при скорости v=12 км/ч:

кВт.

Значения N_W при различных скоростях заносим в таблицу 1.4.

Таблица 1.4.

Результаты расчета мощностного  баланса

i	Параметр	Ед. изм	1	2	3	4	5	6	7	8
	w	рад/с	68	106	144	182	220	258	296	335
7,44	v1	км/ч	2	4	5	7	8	9	11	12
	Ne1	Н	22,8	39,1	56,3	73,1	88,3	100,4	108,2	110,3
	Nт1	Н	20,3	34,8	50,1	65,1	78,6	89,4	96,3	98,2
4,1	v2	км/ч	4	7	9	12	14	17	19	22
	Ne2	Н	22,8	39,1	56,3	73,1	88,3	100,4	108,2	110,3
	Nт2	Н	20,3	34,8	50,1	65,1	78,6	89,4	96,3	98,2
2,29	v3	км/ч	8	12	17	21	26	30	35	39
	Ne3	Н	22,8	39,1	56,3	73,1	88,3	100,4	108,2	110,3
	Nт3	Н	20,3	34,8	50,1	65,1	78,6	89,4	96,3	98,2
1,47	v4	км/ч	12	19	26	33	40	47	54	61
	Ne4	Н	22,8	39,1	56,3	73,1	88,3	100,4	108,2	110,3
	Nт4	Н	20,3	34,8	50,1	65,1	78,6	89,4	96,3	98,2
1	v5	км/ч	18	28	39	49	59	69	79	90
	Ne5	Н	22,8	39,1	56,3	73,1	88,3	100,4	108,2	110,3
	Nт5	Н	20,3	34,8	50,1	65,1	78,6	89,4	96,3	98,2

 

Параметр	Ед. изм.	1	2	3	4	5	6	7	8
v	км/ч	12	24	36	48	60	72	84	90
Ny	кВт	7,05	14,28	21,89	30,06	38,98	48,84	59,81	65,78
Nw		0,08	0,64	2,16	5,12	10,00	17,28	27,44	33,75

 

По результатам расчётов (табл. 1.4) строим график мощностного баланса (рис. 1.3).

1.5 Построение графика силового  баланса

 

Силовой баланс показывает распределение  полной окружной силы на ведущих колёсах по отдельным видам сопротивлений:

 Н,

где P_w – сила сопротивления воздуха, Н; P_y – сила суммарного дорожного сопротивления, Н; P_j – сила сопротивления инерции, Н.

Полная окружная сила на всех передачах  определяется по формуле:

 Н,

где М_е – крутящий момент, определённый по табл. 1.2, Н´м; r_к=0,471 м – статический радиус колеса; h_т=0,89 – кпд трансмиссии.

Расчёт полной окружной силы для  движения на первой передаче: i_к1=7,44 при w_е=62,8 рад/с.

Н.

Силу суммарного дорожного сопротивления определяют по формуле:

 Н,

где R_a=103250 Н – полный вес автомобиля; - коэффициент сопротивления качению; i=0 – коэффициент сопротивления подъему (горизонтальный участок дороги).

Расчёт силы суммарного дорожного сопротивления при v=12 км/ч:

Н.

Силу сопротивления воздуха  находят по формуле:

 Н,

где к=0,68 – коэффициент обтекаемости; v – скорость автомобиля, м/с; F=4,32 м² – площадь поперечного сечения.