Реферат: 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 = MeNweN = 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 = Mewe» 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:
n, об/мин
3240
3040
2840
2640
2440
2240
2040
n/n ном
0,720
0,675556
0,631
--PAGE_BREAK--0,587
0,542
0,498
0,453
kn
0,95
0,96
0,97
0,975
0,98
0,99
1,01
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
n, мин
3240
3040
2840
2640
2440
2240
2040
Me, кНм
0,309
0,335
0,357
0,375
0,389
0,399
0,406
Ne, кВт
105,091
106,868
106,397
103,923
99,692
93,949
86,938
ge, г/кВт*ч
285,000
288,000
291,000
292,500
294,000
297,000
303,000
Gt, кг/ч
29,951
30,778
30,962
30,398
29,309
27,903
26,342
Не
0,287
0,284
0,281
0,280
0,278
0,275
0,270
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 < jхl, (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 (Крсэ³ 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.
продолжение--PAGE_BREAK--
Таблица 3 Ориентировочные значения показателей.
Показатели
П е р и о д ы года
лето
осень
зима
Весна
j
0.7
0.3
0.2
0.3
f
0.03
0.08
0.04
0.06
i
0.07
0.07
0.07
0.07
y
0.02
0.02
0.018
0.018
Г
2.0
2.0
2.0
2.0
l
0.71
0.71
0.71
0.71
uрасч
80
70
60
70
Крсэ
1.6
1.5
1.5
1.5
uод
80
70
60
70
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.
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)
продолжение--PAGE_BREAK--
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
Передача
n, об/мин
Vt, км/ч
Pw, кН
Me, кНм
Нтр
Pко. кН
Do
Ne, кВт
Gт. кг/ч
Не
Uтр
1
3240
12,21
0,038
0,309
продолжение--PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK--
26,34
0,27
6,45
/>, (2.2)
а динамический фактор автомобиля в снаряженном состоянии – по формуле
/>. (2.3)
Эффективный КПД двигателя можно выразить и рассчитать по формуле при Нu» 44 или 42,5 МДж/кг соответственно для бензинов и дизельных топлив всех марок.
График коэффициента буксования d строим по ориентировочным данным таблицы 5.
Таблица 5. Ориентировочные значения d при:
/>
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
d
0,003
0,008
0,018
0,034
0,053
0,083
0,126
0,216
0,414
1,0
График коэффициентов сцепления шин с сухим (juс), мокрым (juм), мокрым и загрязненным (juмз) дорожным покрытием рассчитываем по соотношениям таблицы 6 с учетом экспериментальных данных Э.Г. Подлиха и заданного значения jос.=0,8
Таблица 6. Ориентировочные соотношения коэффициентов сцепления
Vт. км/ч
10
80
100
φvc
0,8
0,8
0,416
0,4
φvm
0,536
0,536
0,28
0,264
φms
0,264
0,264
0,144
0,136
Графики Do = f (uт) на всех передачах переднего хода у автомобилей с дизелями должны иметь регуляторные, а у грузовых автомобилей и автобусов с карбюраторными двигателями, — ограничительные «ветви» — наклонные прямые, плавно переходящие в кривые корректорных «ветвей», изображающих кратковременно допустимую перегрузку и начальный участок режима заглохания перегруженного двигателя. Построение этих графиков по данным колонок uт и Dо в таблице 4 можно осуществлять в любой последовательности, но лучше начинать с номинальных значений (при Ne max), которые должны лежать на общей касательной гиперболе, описывающей динамические возможности автомобиля с ДПМ (дизелем постоянной мощности). Автомобильные дизели с обычной (положительной) коррекцией цикловой подачи топлива и, тем более, «двухрежимные» (с отрицательной при больших и положительной при малых частотах n (скоростях uт) существенно отличаются от ДПМ в сторону меньшей приспособляемости к преодолению переменных дорожных сопротивлений y.
Тягово-тормозной паспорт автомобиля на листе 2 формата А1 проще строить последовательности:
— отступив от левого верхнего угла со стороной 841мм примерно на 50мм вниз и вправо, начертить левый квадрат 250х250мм, центральный прямоугольник 400х250 + 200 мм и правый прямоугольник 80х250 мм с общей верхней стороной 730мм;
разделить левое и центральные поля будущих графиков квадратной масштабной сеткой 50х50 мм, а правое поле — вертикалями через 20мм;
— нанести символы, значения и единицы измерения на шкалах:
d, Do, ju, y, l ® 0; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0;
jхт® 0, 2, 4, 6, 8, м/с2 10;
/>® 0; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0;
Sт 0,50; 100; 150; 200; 250; 300; 350м; 400;
Г ® 1, 2, 3, 4, 5;
uа® 0, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35 м/с 40;
0, 18,36, 54, 72, 90, 108, 126 км/ч 144;
hе® 0; 0,1; 0,2; 0,3; 0,4;
Nе® 0, 50, 100, 150 кВт 200 (или иные значения, включающие Nе, max и удобные для отчета);
— повторить значения левой вертикальной шкалы на второй справа вертикальной шкале (при Г = 1) и ее нижний интервал 0 — 0,2 разделить на десять интервалов по 5 мм в каждом;
— разделить правую вертикальную шкалу (при Г = 5) на десять интервалов по 25мм в каждом и их границы соединить лучами с границами тех же интервалов на второй справа вертикальной шкале; нанести символ и значения правой вертикальной шкалы:
продолжение--PAGE_BREAK--
y ® 0, 0,02; 0,04; 0,06;…; 0,20;
— используя таблицу 2.1, построить на верхнем центральном поле кривые Do = f(uт), а под ними на нижнем центральном поле; — кривые Nе = f(uт) и hе = f(uт) на всех передачах переднего хода;
— используя таблицу 2.3, построить на верхнем центральном поле кривые juс, juм и juмз = f(uт); соединить лучами «сеточные» значения скорости uа (5, 10, 15, 20, 25, 30, 35 м/с) с полюсом, имеющим координаты uт = 0, Do = 1,0, />= 1 и Sт = 0;
— используя таблицу 5, построить на левом поле кривую d = f/>; «сеточные» значения «второй» слева вертикальной шкалы, одинаковые со значениями 0,2; 0,4; 0,8; на левой шкале, соединить диагоналями с такими же значениями на верхней левой шкале, соединить диагоналями с такими же значениями на верхней левой шкале />, а лучами, — с полюсом в нижнем левом углу, имеющим координаты jхт = 10 м/с2 и d, Do, ju, y, l = 0;
— используя данные технической характеристики, определить значения коэффициента нормальной нагрузки ведущих колес неполноприводного автомобиля lо в снаряженном и lq в полностью груженом состоянии, полученное значение lо в масштабе левой вертикальной шкалы отложить на второй справа вертикальной шкале (при Г = 1), а lq — на вертикальной шкале, проходящей через значение
Гq = 1 + />;
полученные точки соединить прямой линией;
— принимая удобные для отчета и построения графика значения для отчета и построения графика значения Гi > Гq, рассчитать значения
/>(2.4)
и построить гиперболическую часть графика l = f(Г).
Графики jхт = f (ju, t), uат = f (jхт, t) и sтс = f (uат, t), характеризующие тормозную часть динамического паспорта автомобиля, строим после графоаналитического определения показателей эффективности автомобиля в тяговом режиме.
Графическое определение рабочей скорости и расчет показателей эффективности
Поскольку необходимое условие ускоренного и равномерного движения груженого автомобиля имеет вид
/>, (2.5)
а графики Do = f (uт) рассчитаны и построены при Г=1, то при любых значениях Г > 1 значения динамического фактора груженого автомобиля по двигателю
/>, (2.15)
сравниваемые со значением коэффициента y, можно определить по графикам Do = f (uт), изменяя масштаб их ординат в Г раз. Множество таких масштабов при фиксированных значениях y на правой шкале образует лучи – линии одинаковых значений Dг = y при разных значениях Г. Поэтому известные значения Г и y, отмечаемые соответственно на верхней (или нижней) и правой шкалах входными стрелками и последующими пунктирными линиями по вертикале и лучу до точки пересечения друг с другом, определяют ординату Dг, переносимую по горизонтальной пунктирной лини до пересечения с правой кривой Do = f (uт), и далее до правой шкалы левого поля. Эта точка на правой шкале (шкале времени в тормозной части паспорта) является первым «входом» Dг в график количественного учета буксования d = f (Dг/jul) в рабочей скорости uа. Еще два «входа» в этот график (l и juс, juм или juмз) определяются проектированием по горизонталям точки пересечения вертикали Г с кривой l на правом поле точки пересечения графика juс, juм или juмз = f (uт)с пунктирной вертикалью, проходящей через точку пересечения пунктирной горизонтали Dг с правой кривой Do = f (uт).
Таким образом, на правой шкале левого поля получается три входа в график количественного учета сомножителя (1 — d) в формуле (2.1). Этот сомножитель можно определить двойным графическим делением на левом поле: ординату Dг (делимое) спроектировать по горизонтали, а ординату ju (делитель) – по лучу, точку их пересечения спроектировать по вертикали на верхнюю шкалу, полученный на ней промежуточный результат Dг/ju перенести по диагональной сетке на правую шкалу, полученную ординату спроектировать по горизонтали до пересечения с лучом из ординаты l, а точку их пересечения спроектировать по вертикали до пересечения с кривой d. Эта точка делит проходящую через нее единичную вертикаль на нижнюю d и верхнюю (1 — d) части. Графическое умножение (1 — d) на значение uт, определенное аргументом точки пересечения правой (или любой) кривой Do с горизонталью ключа пользования, обеспечивает лучевая номограмма в верхней части центрального поля скоростей. Луч, уходящий в полюс из найденного значения uт, аргументом точки пересечения с горизонталью, проходящей через значение d на кривой, определяет рабочую скорость uа, а проходящая через нее вертикаль – значения Ne и hе на нижней части центрального поля. Следовательно, при известной массе mг все показатели формулы (2.4) оказываются известными и позволяют рассчитать значение КПД автомобиля hа и себестоимость его полезной работы Са по формуле (2.8). Однако до графического определения рабочих скоростей и последующего расчета показателей эффективности необходимо конкретизировать условия автоперевозок и задать соответствующие им состояния дорожного покрытия (juс, juм или juмз) и значения коэффициентов y и Г. Результаты такого графоаналитического прогноза эффективности автомобиля можно оформить таблицей 7.
Таблица 7 Прогноз эффективности автомобиля
Условия
f
i
ψ
Г
λ
Va
φv
ηe
Ne
Na
ηa
Ca
1
0,02
0,02
2
0,68
86
0,38
продолжение--PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK--
99,42
76,87
7642,82
1
1,08
0,08
0,03
0,11
68,46
0,11
0,09
61,38
71,26
4374,12
1
1,08
0,08
0,03
0,13
62,85
0,13
0,12
46,50
65,65
3052,95
1
1,08
0,09
0,04
0,15
57,23
0,15
0,14
19,47
60,04
1168,72
Тогда расчетное время разгона
tp = />1 + />2 + … + />, (3.7)
а расчетный путь разгона
Sp =/>S1 + />S2 + …+ />Sn. (3.8)
Однако в полученных расчетных значениях времени tp и пути Sp разгона не учтены время и путь трогания с места при убывающей пробуксовке дисков сцепления, а также время и путь движения «накатом по инерции» при переключении передачи. Эти «потери времени и пути» количественно мало значимы, но их качественная сторона определяет операторское мастерство водителя и его влияние на основные свойства автомобиля, прежде всего проходимость, безотказность и долговечность.
Расчет, построение и анализ характеристик обгона
При движении обгоняющего 1 (рис. 3.2), обгоняемого 2 и встречного 3 автомобилей с постоянными скоростями u1,=20м/с, u2=15м/с и u3=19м/с соответственно свободное расстояние на встречной полосе, необходимое для завершенного обгона, определяем по формуле:
/>, (3.9)
где Sсв, Sоб и Sз – соответственно расстояние свободное, обгона и проходимое встречным автомобилем за время обгона, м;
L1=5и L2=5– габаритная длина соответсвенно обгоняющего и обгоняемого автомобилей, м;
D1 и D2 – дистанции безопасности соответственно в начале и конце завершенного обгона, м.
«Согласно имеющимся данным, первая дистанция безопасности может быть представлена в виде функции скорости обгоняющего автомобиля
D1 = аобu12 + 4, (3.10)
D1=216м.
а вторая – в виде функции скорости обгоняемого автомобиля
D2 = вобu22 + 4, (3.11)
D2=112м.
где аоб и воб – эмпирические коэффициенты, зависимые от типа обгоняемого автомобиля (таблица 9).
Таблица 9. Значения коэффициентов аоб и воб
Автомобили
аоб
воб
Легковые
Грузовые средней грузоподъемности
Грузовые большой грузоподъемности и автопоезда
0,33
0,53
0,76
0,26
0,48
0,67
Вторая дистанция короче первой, так как водитель обгоняющего автомобиля стремится быстрее возвратиться на свою полосу движения и иногда „срезает угол“, а также „вклинивается“ в дистанцию D3 между движущимися впереди „лидером“, заменяя опасность встречного столкновения двумя попутными – спереди и сзади. На скоростных магистралях подобные попутные столкновения, обусловленные аварийным завершением обгона, иногда переходят во встречные с десятками и даже сотнями участников. Поэтому опытные водители вместо опасного и, тем более аварийного завершения обгона не начинают или прекращают его, возвращаясь на свою полосу движения не спереди, а сзади обгоняемого транспортного средства. Такой маневр, называемый незавершенным обгоном, можно разделить на три скоростных и временно-путевых этапа:
Выезд на встречную полосу и движение по ней со скоростью u1 за время t' на пути обгона:
/>, (3.12)
где е – переднегабаритное опережение (+), e=4 м.
t’=45,0c.
S’1=900,0м.
Замедление до скорости
/>= /> — j1 t'' < />(3.13)
n’1=10,2м.
продолжение--PAGE_BREAK--
и пропускание обгоняемого автомобиля вперед на пути отказа от завершения обгона
/>, (3.14)
где Кэ – коэффициент эффективности торможения; Кэ=1,2
/> — минимально устойчивая скорость, согласно [, с. 53] />= 3-5 м/с.
S’’1=769,4м.
Возврат на свою полосу движения со скоростью />за время t''' на пути возврата
/>, (3.15)
где /> — путь, проходимый обгоняемым автомобилем за время
/>, (3.16)
t’’=5с.
/>; (3.17)
S’’2=75м.
D2 – дистанция безопасности при отказе от завершения обгона и возврата на свою полосу из-за угрозы встречного столкновения;
D2» (15 – 20) м [, с. 54];
t''' – время возврата на свою полосу;
/>. (3.18)
t’’’=6,04с.
S’’’1=1537,2м.
При этом полный путь трехэтапного незавершенного обгона:
Sно=/>3206,6м. (3.19)
и его время
tно = t' + t'' + t''' =56,04с. (3.20)
вместе со скоростью u3 встречного автомобиля определяют минимальное свободное расстояние
/>, (3.21)
необходимое для осуществления этого сложного и опасного маневра.
S’св=4271,4м.
Анализ, построение и расчет тормозной диаграммы
При заданном значении начальной скорости uа=72км/ч тормозную диаграмму рассчитываем и строим в последовательности:
используя графики juс, juм и juмз на листе 2, определяем методом ординат с шагом 5 км/ч средние значения коэффициентов сцепления jс, jм и jмз в интервале скоростей от нуля до заданной uа;
выбираем значение времени реакции водителя tр из ряда tр = (0,6; 0,8; 1,0; 1,2 или 1,4) с, дифференцированного ВНИИСЭ;
принимаем допустимое ГОСТ Р 51709 – 2001 время срабатывания рабочей тормозной системы (РТС) tср и делим его на время запаздывания tс = (0,1 – 0,2)с (РТС с гидроприводом) или tс = (0,4 – 0,5)с (РТС с пневмоприводом) и время нарастания земедления tн=tср-tс;
определяем остановочное время на мокром и загрязненном покрытии по формуле
tомз=tр+tс+0,5tн+uа/gjмз (3.22)
и с учетом полученного значения составляем таблицу 10 для трех вариантов тормозной диаграммы – при средних значениях jс, jм и jмз;
Таблица 10. Расчетные тормозные диаграммы
М.-З. t
φмз
φм
φс
Мокр. t
Сухое t
імз
Va
Sмз
ім
Va
Sм
іс
Va
Sc
72
72
72
0,6
72
12,0
72
12
72
12
0,6
продолжение--PAGE_BREAK--
0,6
0,2
72
16,0
72
16
72
16
0,2
0,2
0,4
1,96
71,61
20,0
3,16
71,4
20,0
4,33
71,13
19,95
0,4
0,4
2
1,96
62
42,0
3,16
65,0
29,0
4,33
60
33,00
1
1
4
1,96
48
62,0
3,16
50,0
36,0
4,33
42
38,80
2
2
6
1,96
32
85,0
3,16
35,0
40,8
24
42
3
3
8
1,96
12
108,3
3,16
25,0
56,0
4
11,20
112,0
65,1
48,51
6,52
4,85
определяем остановочный путь на мокром и загрязненном покрытии по формуле:
sомз=(tр+tс+0,5tн)uа+uа2/gjмз (3.23)
и установившиеся замедления jуст по формуле (3.49) при jх = jмз и Кэ = 1; jх = jм и Кэ min, jх = jс и Кэ mах;
— на листе миллиметровой бумаги формата А 4 на расстоянии около 100 мм от верхнего края проводим горизонтальную шкалу времени t и вертикальные шкалы j (верхнюю), u и s (нижние), выбираем удобные масштабы и строим графики jс (t), jм (t) и jмз (t), ограничив их значениями остановочного времени tос, tом и tомз, и приняв линейную зависимость нарастания от нуля до jуст в интервале времени tн;
продолжение--PAGE_BREAK--
определяем скорости uн в конце нарастания замедлений по формуле
uн=uа–0,5jустtн (3.24)
при jуст = jс, jм и jмз, откладываем полученные значения на вертикали, проходящей через конец интервала tн, полученные точки соединяем плавными кривыми с горизонталью uа и расходящимися лучами с точками tомз, tом и Ошибка! Ошибка связи. на горизонтальной шкале t;
— определяем прямолинейную часть графика пути за время реакции водителя и запаздывания РТС
sрс=uа(tр+tc) (3.25)
и его криволинейные приращения за время нарастания замедления
/>sн=0,5uнtн=0,5tн(uа–0,5jустtн) (3.26)
строим прямолинейно-криволинейное начало «веера» остановочных путей:
— определяем по графикам средние значения скоростей в секундных интервалах времени tуcт, полученные значения заносим в таблицу 3.4 и складываем как секундные приращения />sмз, />sм и
/>sс=uа(t) с предыдущими значениями sмз, sм и sс в колонках таблицы 10; по полученным значениям строим параболическую часть графиков остановочных путей;
из остановочного пути sос определяем тормозной путь:
sт=sос-uаtp (3.27)
Sт=68,84081633
и сравниваем его с расчетным тормозным путем по приложению Д ГОСТ Р 51709 – 2001:
/>, (3.28)
где sт – тормозной путь, м;
uо – начальная скорость торможения автотранспортного средства (АТС), км/ч;
jуст – установившееся замедление согласно таблице Д 1, м/с2;
А – коэффициент, характеризующий время срабатывания тормозной системы, принимаемой из таблицы Д 1.
Таблица Д 1. ГОСТ Р 51709 – 2001
АТС
Категория АТС
(тягач в составе автопоезда)
Исходные данные для расчета норматива тормозного пути sт АТС в снаряженном состоянии
А
jуст, м/с2
Пассажирские и грузопассажирские автомобили
М1
0,10
5,8
М2, М3
0,10
5,0
Легковые автомобили с прицепом
М1
0,10
5,8
Грузовые автомобили
N1, N2, N3
0,15
5,0
Грузовые автомобили с прицепом (полуприцепом)
N1, N2, N3
0,18
5,0
Sт=56,82м.
Однозначная количественная оценка долями единицы операторского мастерства водителя, конструктивного совершенства автомобиля и транспортно-эксплуатационных свойств дороги может быть получена из экспериментальных тормозных диаграмм. Графоаналитический вариант такой диаграммы, показанный на тягово-тормозном паспорте (см. рисунок 2.1), строим в последовательности:
на нижней левой шкале откладываем значение g=9,8м/с2, переносим его на верхнюю левую шкалу и соединяем диагональной линией g с началом координат (Dо=0, jхт=0, uа=0, sт=0) тормозной «части» динамического паспорта;
используя значения остановочного времени tо, выбираем удобный масштаб, например с/см, и наносим на вторую слева шкалу значения времени торможения
t ® 0, 2, 4, 6, 8 с 10 или 0, 5, 10, 20 с 25;
учитывая высокую чувствительность организмом человека низкочастотных колебаний скорости продольных замедлений (ускорений) d jx/d t, приспособленность правой ноги к малым частотам (1,7 – 2,5 Гц) и ограниченную скорость срабатывания тормозной системы, принимаем минимальную частоту импульсов 1Гц;
считая все значения коэффициентов сцепления juс реализованными при блокировке колес после «клевка», а не максимальными при коэффициенте юза sкр, принимаем постоянные «размахи»
/>juс = ju, max-juс£0,2 (3.29)
/>jх = />juс g £ 2 м/с2;
на шкале скоростей откладываем начальную скорость uао, проектируем ее значение по вертикали до пересечения с кривой juс, полученную точку пересечения проектируем по горизонтали до пересечения с g, а полученную на ней точку проектируем по вертикали до пересечения с линией нарастания замедления и шкальной jхт соответствует реализованному при юзе значению коэффициента сцепления juс при начальной скорости uа и согласно (3.61) может быть увеличено до максимального при />jхт//>t=0 и уменьшено до минимального на ту же величину />jхт при />jхт//>t=0 в точке касания с вертикальной линией проектирования произведения juсg на шкалу jхт;
определяем из построенного графика первого односекундного «клевка» среднее значение замедления
/>(3.30)
и уменьшаем скорость uао на величину
/>u1 = j1, ср/>t1 (3.31)
отложенную на горизонтали, уходящей вправо из j1, min до пересечения с вертикалью, проведенной через значение начальной скорости uао,
— полученное значение скорости uа1 в конце первого «клевка»
uа1 = uао — />u1
считаем начальным, по нему графически определяем значение реализованного при юзе коэффициента сцепления juс и соответствующего ему замедления j2, ср и уменьшения скорости />u2.
При выбранной частоте импульсов («клевков») 1 Гц начальная скорость перед торможением
uа= />uа =/>
удобно делится на n уменьшений />uа последовательно определяемых как средние замедления jср в интервалах времени />t=1с.
Текущие приращения остановочного sос и тормозного sтс путей />s определяем
графически как половины средних значений скорости uа, ср в полусекундных интервалах />t.
Построение графиков j(t), uа(t) и sт(t) при других состояниях дороги, характеризуемых коэффициентами сцепления juм и juмз, аналогично.