Галевскией Е.А., Маков П.В. Расчет тягово-динамических свойств автотранспортных средств

5

АННОТАЦИЯ

Расчёт тяговых и скоростных свойств автомобиля с назначенными параметрами: максимальной скоростью движения и полной массой автомобиля является важной составляющей частью выходных паспортных характеристик транспортного средства. Материалы методического пособия по определению тяговых и скоростных свойств автомобиля предусматривают рассмотрение в систематизированном виде вопросов аналитического построения внешней скоростной характеристики двигателя внутреннего сгорания, расчёта передаточных чисел главной передачи, механической коробки передач и ряда других вспомогательных параметров узлов и механизмов, оказывающих влияние на разгонные свойства автомобиля. Текст пособия содержат ряд полезных рекомендаций по стандартному и нестандартному построению эксплуатационных характеристик автомобиля с подробным объяснением особенностей применения эмпирических зависимостей и алгоритмов расчёта.

С О Д Е Р Ж А Н И Е

ВВЕДЕНИЕ ........................................................................................................................ 4

1. ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ. СИЛОВАЯ УСТАНОВКА ДВС ............................................ 7

1.1 ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ПАРАМЕТРОВ ma и Va,макс. ........................................ 7

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАКСИМАЛЬНОЙ МОЩНОСТИ

СИЛОВОЙ УСТАОВКИ ..................... ............................................................................. 8

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПОРНЫХ ТОЧЕК ДЛЯ ВНЕШНЕЙ СКОРОСТНОЙ

ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВС ................................................................................................ 9

1. ПОСТРОЕНИЕ ВНЕШНЕЙ СКОРОСТНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВС ................... 10

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЕРЕДАТОЧНОГО ЧИСЛА ГЛАВНОЙ ПЕРЕДАЧИ ................... 13

3. РАЗБИВКА ПЕРЕДАТОЧНЫХ ЧИСЕЛ В МЕХАНИЧЕСКОЙ КОРОБКЕ

ПЕРЕДАЧ ............................................................................................................................ 14

4. ПОСТРОЕНИЕ ВЫХОДНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ....................................................... 15

5. ВЫБОР ОДНОМАССОЙ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ

РАЗГОНА АВТОМОБИЛЯ ............................................................................................. 18

6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСКОРЕНИЙ, ПУТИ, СКОРОСТИ И ВРЕМЕНИ

РАЗГОНА МАСЫ АВТОМОБИЛЯ .............................................................................. 22

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Пример расчёта тягово-скоростных характеристик автомобиля ..... 28

ЭТАП 1. Аналитическое построение внешней скоростной характеристики двигателя... 28

ЭТАП 2. Определение величины радиуса качения ведущего колеса и передаточного

числа главной передачи .......................................................................................... 30

ЭТАП 3. Определение передаточных чисел в механической коробке передач ............... 30

ЭТАП 4. Построение силового, мощностного балансов, динамического фактора и

величин ускорений автомобиля ........................................................................... 31

ЭТАП 5. Алгоритм расчёта для построения графической зависимости пути, скорости и

времени разгона массы автомобиля ....................................................................... 37

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ .................................................................. 43

ВВЕДЕНИЕ

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.

Из самых общих вопросов, прежде всего, хотелось бы разъяснить позицию авторов по выбору аналитической зависимости, связанной с изменением мощности силовой установки в зависимости от оборотов выходного вала. Предлагаемая методика выбора уравнения отличается от известных хотя представление этой функции традиционно – кубическая парабола. Отличие состоит в том, что этих парабол или одна для двух опорных точек или две для трёх опорных точек. Выбор числа опорных точек зависит от того совмещаются ли в точке по оборотам максимальная мощность двигателя и максимальная скорость автомобиля, или максимальная мощность двигателя отстоит по оси абсцисс вправо от максимальной скорости. Настоятельно отстаивается положение, что имеющейся значительный ряд двигателей для всех существующих наземных транспортных средств не является абсолютным поводом выбора двигателя только из существующего ряда. Студент должен уметь осознанно рассчитывать необходимую максимальную мощность двигателя по задаваемым параметрам автомобиля: массе (полной, сухой, с одним пассажиром .....) и максимальной скорости.

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.

1. 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..