Тяговый расчет автобуса

ВВЕДЕНИЕ

 

 

Эксплуатационные свойства автобуса характеризуют возможность его эффективного использования в определенных условиях и дают возможность оценить степень соответствия конструкции требованиям эксплуатации.

В данной работе я анализирую тягово-скоростные свойства,  которые определяют возможный диапазон скоростей движения, интенсивность и путь разгона в тяговом режиме, предельные дорожные условия, при которых автомобиль способен двигаться с заданными конструктивными параметрами. Чем лучше тягово-скоростные свойства, тем меньшие затраты времени на перевозку. Что положительно сказывается на его продуктивности.

В данной работе я буду производить  расчетно-графический анализ для автобуса ПАЗ 3205 , движущегося по дороге с коэффициентом суммарного дорожного сопротивления y = 0,018.  

Для заданной модели в этой работе выполняю необходимые расчеты на основании конкретных технических данных автобуса. Строю графики и по ним анализирую тягово-скоростные свойства.

Произведенные расчеты свожу в  таблицы, текст сопровождаю расчетными зависимостями с расшифровкой параметров.

 

 

1. Задание для расчетно-графического анализа и выбор ^{исходных данных}

 

Издокументации на автобус выбираю для заданной модели автобуса исходные данные для расчета и реальные значения основных параметров автобуса для сравнения их с полученными расчётными.

а) Исходные данные для расчета

Вид автобуса автобус

Полная масса m, кг 7825

Марка и тип двигателя ЗМЗ-672, карб.

 

Максимальная мощность N_emax, кВт 85,6

Частота вращения коленчатого вала двигателя при 

максимальной мощности n_N , об/мин 3200

Наличие ограничителя частоты вращения вала двигателя есть

Передаточные числа:

- коробки передач U_k1 6,55

  U_k2  3,09

  U_k3  1,71

  U_k4 1,00

- раздаточной коробки U_kр1 1,00

U_kр2  1,963

- главной передачи U₀ 6,83

Шины 240-508 (8,25-20)

Статический радиус колеса r_ст., м 0,453

Габаритные размеры:

- ширина В_Г, м 2,44

- высота Н_Г, м 2,952

КПД трансмиссии h 0,85

Коэффициент сопротивления воздуха К, Н×с²/м⁴ 0,4

б) Реальные значения основных параметров автобуса для сравнения их с полученными расчетными

Максимальный крутящий момент двигателя М_еmах, Н×м 284,4

Частота вращения вала двигателя при  максимальном крутящем

моменте n_м, об/мин 2000

Максимальная скорость V_max, км/ч 80

 

 

2.  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 (N_emax и n_N) воспроизвести всю кривую мощности:

 

, (1)

 

где N_e, кВт – текущее значение мощности двигателя, соответствующее  частоте вращения вала двигателя n_N, об/мин;

 N_emax, кВт – максимальная мощность двигателя при частоте вращения n_N , об/мин;

 А₁, А_2, А₃ – эмпирические коэффициенты характеризующие тип двигателя внутреннего сгорания.

Значение эмпирических коэффициентов для карбюраторных двигателей принимаю: А₁ = 1, А₂ = 1, ,А₃=1

Для выбора текущего значения n диапазон частоты вращения вала двигателя от минимально устойчивых оборотов n_min до n_N разбиваю на 8 произвольных участков с постоянным интервалом Dn. Минимальную частоту вращения коленчатого вала n_min принимаем равной 600

 

 об/мин. (2)

 

Определив N_e для принятых значений n, вычисляем соответствующие значения крутящего момента двигателя

 

.Н/м (3)

 

Результаты расчетов по формулам (1), (2), (3) свожу в таблицу 1.2 и строю внешнюю скоростную характеристику двигателя N_e=f(n) и M_e=f(n) (рисунок 1.2).

 

Таблица 1.2 – Внешняя скоростная характеристика ДВС

Параметр	Числовое значение
n, об/мин	600	925	1250	1575	1900	2225	2550	2875	3200
A1· n/nN	0,188	0,289	0,391	0,492	0,594	0,695	0,797	0,898	1,000
A2· (n/nN)2	0,035	0,084	0,153	0,242	0,353	0,483	0,635	0,807	1,000
A3· (n/nN)3	0,007	0,024	0,060	0,119	0,209	0,336	0,506	0,725	1,000
A1·(n/nN)+A2·(n/nN)2–A3· (n/nN)3	0,216	0,348	0,484	0,615	0,737	0,843	0,926	0,980	1,000
Ne, кВт	18,495	29,829	41,397	52,661	63,085	72,128	79,254	83,924	85,600
Me, Н·м	294,381	307,961	316,272	319,313	317,083	309,583	296,813	278,773	255,463

 

Рисунок 1.2 – Внешняя скоростная характеристика ДВС 

3. Построение графиков силового баланса и динамической характеристики

 

 

Для различных передач и скоростей  движения автобуса рассчитываю значения составляющих уравнение силового баланса

 

. (4)

 

Тяговое усилие на ведущих колесах  определяю из выражения, Н

 

, (5)

 

где r_д – динамический радиус колеса, который в нормальных условиях движения принимают равным r_ст, м.

Вторую составляющую силового баланса – силу суммарного дорожного сопротивления – определяю по формуле, Н

 

, (6)

 

где G = g×m – полный вес автобуса, Н;

 g = 9,81 м/с² – ускорение свободного падения.

В расчетах не учитываю влияние  скорости движения на коэффициент сопротивления качению, в связи с этим y = const.

Для ПАЗ-3205 G=9,81×7825=76763,25 Н, а при заданном y=0,019, Р_y=0,019×76763,25=1458,50175 Н.

Сила сопротивления воздуха, Н

, (7)

 

где F –  лобовая площадь автобуса, м²;

V – скорость автобуса, км/ч.

Лобовую площадь автобуса определяю приближенно по формуле

 

, (8)

 

где a – коэффициент заполнения площади; для своей модели автобуса я принимаю a = 0,85.

 

F = 0,85×2,44×2,952 = 6,122 м².

 

 Сила сопротивления  разгону, Н

 

, (9)

 

где d – коэффициент, учитывающий влияние инерции вращающихся масс автобуса;

j – ускорение автобуса в поступательном движении, м/с² .

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

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

, (10)

 

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

Динамический фактор автобуса D определяю для различных передач и скоростей движения по формуле

 

. (11)

 

Переменные по скорости величины Р_k, P_w и D рассчитываю по формулам (5), (7), (11) и свожу в таблицу 1.3. По рассчитанным величинам строю график силового баланса автобуса и график динамической характеристики. Постоянные величины в формулах целесообразно для упрощения расчетов привести к общим коэффициентам. Так, для тягового усилия на первой передаче

 

 Н.

 

Аналогично получаем Р_k2 = 39,6004305×М_е, Р_k3 = 21,9148013×М_е, Р_k4 = 12,8156733×М_е.

Для расчета скорости V на первой передаче

 

 км/ч.

 

Аналогично для остальных  передач

V₂ = 0,00809×n, V₃ = 0,01462 ×n, V₄ = 0,025×n.

Для силы сопротивления воздуха

 Н.

 

Для построения графика силового баланса рассчитываю сумму P_y+P_w, которая зависит от скорости и не зависит от передаточного числа коробки передач. Поэтому расчет в данной курсовой работе выполнен применительно к скоростям, соответствующим высшей передаче.

 

Таблица 1.3 – Результаты расчётов силового баланса и динамической характеристики автобуса

Параметр		Числовое значение
n, об/мин		600	925	1250	1575	1900	2225	2550	2875	3200
Me, Н· м		294,381	307,961	316,272	319,313	317,083	309,583	296,813	278,773	255,463
1-я передача Uk1=6,55	V, км/час	2,290	3,531	4,772	6,013	7,253	8,494	9,735	10,975	12,216
	Pk, Н	24711,092	25851,100	26548,718	26803,943	26616,778	25987,221	24915,273	23400,933	21444,202
	Pw, Н	0,991	2,356	4,303	6,831	9,941	13,633	17,907	22,762	28,199
	Pk-Pw, Н	24710,101	25848,744	26544,415	26797,112	26606,837	25973,588	24897,366	23378,171	21416,003
	D	0,322	0,337	0,346	0,349	0,347	0,338	0,324	0,305	0,279
2-я передача Uk2=3,09	V, км/час	4,855	7,485	10,115	12,745	15,375	18,005	20,635	23,265	25,895
	Pk, Н	11657,599	12195,405	12524,510	12644,914	12556,617	12259,620	11753,922	11039,524	10116,425
	Pw, Н	4,455	10,587	19,334	30,695	44,669	61,258	80,460	102,277	126,707
	Pk-Pw, Н	11653,145	12184,817	12505,176	12614,219	12511,948	12198,362	11673,462	10937,247	9989,718
	D	0,152	0,159	0,163	0,164	0,163	0,159	0,152	0,142	0,130
3-я передача Uk3=1,71	V, км/час	8,774	13,526	18,278	23,030	27,783	32,535	37,287	42,040	46,792
	Pk, Н	6451,293	6748,913	6931,039	6997,671	6948,808	6784,450	6504,598	6109,251	5598,410
	Pw, Н	14,545	34,571	63,131	100,227	145,859	200,026	262,728	333,965	413,738
	Pk-Pw, Н	6436,747	6714,342	6867,908	6897,443	6802,949	6584,424	6241,870	5775,286	5184,672
	D	0,084	0,087	0,089	0,090	0,089	0,086	0,081	0,075	0,068
4-я передача Uk4=1,00	V, км/час	15,003	23,129	31,256	39,382	47,509	55,635	63,762	71,888	80,015
	Pk, Н	3772,686	3946,733	4053,239	4092,205	4063,630	3967,515	3803,858	3572,662	3273,924
	Pw, Н	42,532	101,088	184,603	293,075	426,506	584,895	768,242	976,548	1209,812
	Pk-Pw, Н	3730,153	3845,645	3868,637	3799,130	3637,124	3382,620	3035,616	2596,114	2064,112
	D	0,049	0,050	0,050	0,049	0,047	0,044	0,040	0,034	0,027
Py+Pw, Н		1501,034	1559,590	1643,104	1751,577	1885,008	2043,397	2226,744	2435,050	2668,313
Py, H		1458,502	1458,502	1458,502	1458,502	1458,502	1458,502	1458,502	1458,502	1458,502
y		0,019	0,019	0,019	0,019	0,019	0,019	0,019	0,019	0,019

 

Рисунок 1.3 – Силовой баланс автобуса 

Рисунок 1.4 – Динамическая характеристика автобуса 

4. ОЦЕНКА ПОКАЗАТЕЛЕЙ РАЗГОНА АВТОБУСА

 

 

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

Ускорение j для разных передач и скоростей определяю по значениям D из таблицы 1.3, использую формулу

 

, (12)

 

где d_i=1.04+0.04×U²_ki×U²_рв – коэффициент влияния вращающихся масс, предварительно рассчитывается для каждой передачи

d₁ = 2,756; d₂ = 1,422; d₃ = 1,157; d₄ = 1,080.

Расчетные данные для построения графика  ускорений свожу в таблицу 1.4, где также приводятся значения величин, обратных ускорениям 1/j, которые будут использованы при определении времени разгона автобуса ПАЗ-672.

По данным таблицы 1.4 строю график ускорений и график величин, обратных ускорениям. При максимальной скорости для автобуса ПАЗ-3205 с ограничителем частоты вращения вала двигателя ускорение j=0,072 м/с², а обратная величина 1/j=13,955 с²/м, построение графика 1/j = f(V) ограничиваю последней точкой, примерно соответствующей V_max = 80,015 км/ч.

 

Таблица 1.4 – Результаты расчетов ускорений и величин, обратных ускорениям

 

 

Параметры		Числовое значение
n, об/мин		600	925	1250	1575	1900	2225	2550	2875	3200
Me, Н· м		294,381	307,961	316,272	319,313	317,083	309,583	296,813	278,773	255,463
1-я передача Uk1=6,55	V, км/час	2,290	3,531	4,772	6,013	7,253	8,494	9,735	10,975	12,216
	D	0,322	0,337	0,346	0,349	0,347	0,338	0,324	0,305	0,279
	D -y	0,303	0,318	0,327	0,330	0,328	0,319	0,305	0,286	0,260
	j, м/с2	1,078	1,131	1,163	1,175	1,166	1,137	1,087	1,016	0,925
	1/j, с2/м	0,928	0,884	0,860	0,851	0,858	0,880	0,920	0,984	1,081
2-я передача Uk2=3,09	V, км/час	4,855	7,485	10,115	12,745	15,375	18,005	20,635	23,265	25,895
	D	0,152	0,159	0,163	0,164	0,163	0,159	0,152	0,142	0,130
	D -y	0,133	0,140	0,144	0,145	0,144	0,140	0,133	0,123	0,111
	j, м/с2	0,916	0,964	0,993	1,003	0,993	0,965	0,918	0,852	0,767
	1/j, с2/м	1,091	1,037	1,007	0,997	1,007	1,036	1,089	1,174	1,304
3-я передача Uk3=1,71	V, км/час	8,774	13,526	18,278	23,030	27,783	32,535	37,287	42,040	46,792
	D	0,084	0,087	0,089	0,090	0,089	0,086	0,081	0,075	0,068
	D -y	0,065	0,068	0,070	0,071	0,070	0,067	0,062	0,056	0,049
	j, м/с2	0,550	0,581	0,598	0,601	0,590	0,566	0,528	0,477	0,412
	1/j, с2/м	1,819	1,723	1,674	1,665	1,694	1,766	1,893	2,097	2,430
4-я передача Uk4=1,00	V, км/час	15,003	23,129	31,256	39,382	47,509	55,635	63,762	71,888	80,015
	D	0,049	0,050	0,050	0,049	0,047	0,044	0,040	0,034	0,027
	D -y	0,030	0,031	0,031	0,030	0,028	0,025	0,021	0,015	0,008
	j, м/с2	0,269	0,282	0,285	0,277	0,258	0,228	0,187	0,135	0,072
	1/j, с2/м	3,720	3,540	3,506	3,611	3,879	4,392	5,359	7,429	13,955