Автомобили: эксплуатационные свойства. Транспортные и погрузочно-разгрузочные средства. (Транспортные средства): Рабочая программа, задания на контрольные и курсовую работы, методические указания к выполнению контрольных и курсовой работ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Северо-Западный государственный заочный технический университет Кафедра автомобильного транспорта

АВТОМОБИЛИ: ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ТРАНСПОРТНЫЕ И ПОГРУЗОЧНОРАЗГРУЗОЧНЫЕ СРЕДСТВА. (ТРАНСПОРТНЫЕ СРЕДСТВА) Рабочая программа Задания на контрольные и курсовую работы Методические указания к выполнению контрольных и курсовой работ Факультет экономики и управления на автомобильном транспорте Направления и специальности подготовки дипломированного специалиста: 653300- эксплуатация наземного транспорта и транспортного оборудования; 150200 - автомобили и автомобильное хозяйство; Специализация: 150201 – техническая эксплуатация автомобилей 653400 - организация перевозок и управление на транспорте; 240100.01 - организация перевозок и управление на транспорте (автомобильный транспорт); Специализация: 240101.01 - организация перевозок 060800 - экономика и управление на предприятии автомобильного транспорта Направления подготовки бакалавра: 551400- наземные транспортные машины; 521500 - менеджмент Санкт-Петербург 2005

Утверждено редакционно-издательским советом университета УДК 629.113(07) Автомобили: эксплуатационные свойства. Транспортные и погрузочно-разгрузочные средства. (Транспортные средства): Рабочая программа, задания на контрольные и курсовую работы, методические указания к выполнению контрольных и курсовой работ. - СПб.: СЗТУ, 2005г. - 26с. Рабочая программа разработана в соответствии с требованиями государственных образовательных стандартов высшего профессионального образования по направлениям и специальностям подготовки дипломированного специалиста 653300 (специальность 150200, специализация 150201 – «Техническая эксплуатация автомобилей»), 653400 (специальность 240100.01, специализация 240101.01 – «Организация перевозок»), специальность 060800 «Экономика и управление на предприятиях автомобильного транспорта» и направлениям подготовки бакалавра 551400, 521500. Приведены рабочая программа дисциплины, тематический план лекций и практических занятий, темы лабораторных работ, библиографический список, задания на контрольные и курсовую работы и методические указания к их выполнению. Дисциплину «Автомобили: эксплуатационные свойства» изучают студенты специальности 150200 с выполнением курсовой работы и специальности 060800 с выполнением двух контрольных работ. Дисциплину «Транспортные и погрузочно-разгрузочные средства. (Транспортные средства)» изучают студенты специальности 240100.01 с выполнением курсовой работы. Рассмотрено на заседании кафедры автомобильного транспорта протокол №13 от 17 мая 2004г., одобрено методической комиссией факультета экономики и управления на автомобильном транспорте, протокол №9 от 23 мая 2005г. Рецензенты: кафедра автомобильного транспорта СЗТУ (В.А. Алексеев, канд. техн. наук, проф.); В.С. Лукинский, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой логистики и организации перевозок СПбГИЭУ, действительный член Академии транспорта России Составители: А.Б. Егоров, канд. техн. наук, проф.; Ю.И. Сенников, канд. техн. наук, проф.; Н.В. Дягилева, доц. © Северо-Западный государственный заочный технический университет, 2005

ПРЕДИСЛОВИЕ Целью преподавания дисциплин «Автомобили: эксплуатационные свойства» и «Транспортные и погрузочно-разгрузочные средства. (Транспортные средства)» является освоение студентами методологии выбора наиболее производительных автотранспортных средств (АТС) для конкретных условий эксплуатации на основе изучения оценочных показателей эксплуатационных свойств автомобилей, автопоездов и специализированных автотранспортных средств, нормативов этих свойств, экспериментальных и расчетных методов оценки эксплуатационных свойств АТС. Задачи изучения дисциплин заключаются в необходимости усвоения комплекса знаний, в результате овладения которыми выпускник университета должен знать: основные эксплуатационные свойства АТС, их зависимость от конструктивных параметров автомобиля (автопоезда), дорожных и климатических условий; основные законы движения автомобилей и автопоездов, вопросы взаимодействия АТС с окружающей средой; силы, действующие на автомобиль (автопоезд) в процессе движения; физическую сущность процессов, происходящих при взаимодействии автомобиля с опорной поверхностью (дорогой) и окружающей средой; уметь: рассчитывать тягово-скоростные, топливно-экономические, тормозные свойства, оценивать проходимость, управляемость и устойчивость, а также плавность хода автомобилей и автопоездов; решать практические задачи по оценке эксплуатационных свойств АТС, в том числе с помощью персональных компьютеров; проводить дорожные и стендовые испытания по оценке эксплуатационных свойств АТС; анализировать оценочные критерии эксплуатационных свойств АТС, выбирать оптимальные варианты специализированного подвижного состава и автопоездов, определять наиболее благоприятные условия их применения, формировать обоснованные требования к их техническим параметрам. Связь с другими дисциплинами. Освоение дисциплин «Автомобили: эксплуатационные свойства» и «Транспортные и погрузочно-разгрузочные средства. (Транспортные средства)» базируется на знаниях, полученных студентами при изучении общих математических, естественнонаучных и общепрофессиональных дисциплин, а также специальных дисциплин таких как «Автомобильные двигатели: конструкция», «Автомобили: конструкция, функциональный состав», «Автомобильные двигатели: рабочие процессы», «Техника транспорта, обслуживание и ремонт», «Транспортная энергетика». 3

1. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ 1.1. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА (Объем курса: спец. 150200 – 120 час.; спец. 240100 – 110 час.; спец. 060800 – 150 час.)

ВВЕДЕНИЕ (2 час.) [1], c.5...11 Совокупность свойств, характеризующих качество автомобиля. Эксплуатационные свойства автомобиля. Теория автомобиля – наука об основных закономерностях движения автомобиля и его эксплуатационных свойствах. Роль российских ученых в формировании и развитии научных основ теории автомобиля. Влияние методов математического моделирования и средств вычислительной техники на развитие теории автомобиля как прикладной науки. Роль и место испытаний автомобиля в изучении его эксплуатационных свойств и закономерностей движения. Современные тенденции совершенствования автомобиля и их связь с теорией автомобиля. Содержание и задачи дисциплин «Автомобили: эксплуатационные свойства» и «Транспортные и погрузочно-разгрузочные средства. (Транспортные средства)», их связь со смежными дисциплинами и значение для практической деятельности инженеров и менеджеров автомобильного транспорта. 1.1.1. Тягово-скоростные свойства (Спец. 150200 – 24 час.; спец. 240100 – 22 час.; спец. 060800 – 30 час.) [1], с.12...65 Определения и оценочные показатели. Силы, действующие на автомобиль и автопоезд. Кинематика и динамика автомобильного колеса. Силы сопротивления движению. Уравнения движения автомобиля и автопоезда и методы их решения. Приемистость. Динамическое преодоление дорожных сопротивлений. Нормальные реакции, действующие на передние и задние колеса, и их перераспределение при движении автомобиля. Ограничение тягово-скоростных свойств по сцеплению. Влияние конструктивных и эксплуатационных факторов на тягово-скоростные свойства. Экспериментальное определение показателей тягово-скоростных свойств. Моделирование процесса движения автомобиля на ЭВМ и расчетноаналитическое определение показателей тягово-скоростных свойств.

4

1.1.2. Тормозные свойства (Спец. 150200 – 10 час.; спец. 240100 – 10 час.; спец. 060800 – 16 час.) [1], с.66...86 Определения, оценочные показатели и нормы. Уравнение движения автомобиля при торможении. Оптимальное распределение тормозных сил. Особенности процесса торможения автопоезда. Торможение с неполным использованием сил сцепления. Эффективность запасной тормозной системы. Влияние конструктивных и эксплуатационных факторов на тормозные свойства. Моделирование процесса торможения автомобиля на ЭВМ и расчет показателей тормозных свойств. Влияние тормозных свойств на среднюю скорость автомобиля. 1.1.3. Топливная экономичность (Спец. 150200 – 10 час.; спец. 240100 – 10 час.; спец. 060800 – 14 час.) [1], с.87...104 Определения, оценочные показатели и нормы. Уравнение расхода топлива. Топливно-экономическая характеристика. Особенности экспериментального определения показателей топливной экономичности. Расчетное определение показателей топливной экономичности. Влияние конструктивных и эксплуатационных факторов на топливную экономичность. Применение топлив не нефтяного происхождения. Взаимосвязь топливной экономичности с экологической безопасностью. 1.1.4. Тягово-скоростные свойства и топливная экономичность автомобилей с гидродинамической передачей (Спец. 150200 – 4 час.; спец. 240100 – 4 час.; спец. 060800 – 6 час.) [1], с.105...113 Автоматизация управления автомобилем. Исходные характеристики гидропередач. Совместная работа двигателя с гидропередачей. Расчет тяговой силы при установившемся движении автомобиля с гидропередачей. Способы улучшения преобразующих и энергетических свойств гидропередач. Динамическая характеристика и параметры приемистости автомобиля с гидропередачей. Расчет расхода топлива автомобилей с гидропередачей.

5

1.1.5. Тяговый расчет автомобиля (Спец. 150200 – 4 час.) [1], с.114...123 Задачи тягового расчета, задаваемые и выбираемые параметры. Подбор внешней скоростной характеристики двигателя. Выбор передаточных чисел агрегатов трансмиссии. Особенности тягового расчета автомобиля с гидропередачей. 1.1.6. Управляемость автомобиля (Спец. 150200 – 20 час.; спец. 240100 – 16 час.; спец. 060800 – 24 час.) [1], с.124...163 Определения и оценочные показатели. Кинематика поворота автомобиля. Силы, действующие на автомобиль при повороте. Влияние бокового увода шин на радиус поворота автомобиля. Усилие на рулевом колесе. Влияние конструктивных и эксплуатационных факторов на управляемость автомобиля и износ шин. Расчет параметров статической траекторной управляемости автомобиля на ЭВМ. Испытания автомобиля на управляемость. 1.1.7. Устойчивость автомобиля (Спец. 150200 – 10 час.; спец. 240100 – 10 час.; спец. 060800 – 12 час.) [1], с.164...183 Определения и оценочные показатели. Поперечная и продольная устойчивость. Изменение параметров движения автомобиля под действием случайных внешних сил. Аэродинамическая устойчивость. Устойчивость движения автопоезда по вилянию прицепа. Влияние конструктивных и эксплуатационных факторов на устойчивость автомобиля. Экспериментальное определение показателей устойчивости. 1.1.8. Маневренность автомобиля (Спец. 150200 – 4 час.; спец. 240100 – 4 час.; спец. 060800 – 6 час.) [1], с.184...192 Определения и оценочные показатели. Кинематика криволинейного движения. Аналитический и графический методы построения траектории движения автопоезда. Влияние конструктивных и эксплуатационных факторов на маневренность. Экспериментальное и расчетное определение показателей маневренности.

6

1.1.9. Плавность хода, вибрации и шум (Спец. 150200 – 8 час.; спец. 240100 – 8 час.; спец. 060800 – 12 час.) [1], с.193...211 Определения, оценочные показатели и нормы. Автомобиль как колебательная система. Свободные колебания подрессоренной массы без учета затухания и влияние неподрессоренных масс. Свободные колебания подрессоренных и неподрессоренных масс без учета затухания. Вынужденные колебания. Вибрации и шум. Влияние конструктивных и эксплуатационных факторов на плавность хода, вибрации и шум автомобиля. Испытания автомобиля на плавность хода, вибрации и шум. 1.1.10. Проходимость автомобиля (Спец. 150200 – 8 час.; спец. 240100 – 8 час.; спец. 060800 – 12 час.) [1], с.212...229 Определения. Особенности взаимодействия автомобильного колеса с деформируемой опорой поверхностью и препятствиями. Оценки профильной и опорной проходимости. Влияние конструктивных и эксплуатационных факторов на проходимость автомобиля. Обобщенные показатели проходимости. Испытания автомобиля на проходимость.

7

1.2. ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН ЛЕКЦИЙ ДЛЯ СТУДЕНТОВ ОЧНО–ЗАОЧНОЙ ФОРМЫ ОБУЧЕНИЯ (20час.) 1. Введение. Теория колесного движителя. Силы и моменты, действующие на автомобиль .......................................................... 4 час. 2. Тягово-скоростные свойства автомобиля ..................................... 4 час. 3. Топливная экономичность и тормозные свойства ....................... 4 час. 4. Управляемость, устойчивость и маневренность автомобиля .... 4 час. 5. Плавность хода, вибрации и шум, проходимость автомобиля ... 4 час. 1.3. ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ (4 час.) 1. Расчет показателей тягово-скоростных свойств автомобиля ....................................................................................... .2 час. 2. Расчет показателей тормозных свойств и топливной экономичности автомобиля ........................................................... 2 час. 1.4.

ТЕМЫ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ (12 час.)

1. Определение коэффициентов сцепления и сопротивления качению ............................................................................................... 3 час. 2. Определение координат центра тяжести автомобиля.................... 3 час. 3. Исследование тягово-скоростных, тормозных свойств и топливной экономичности автомобиля на ЭВМ. .......................... 3 час. 4. Определение показателей профильной проходимости автомобиля......................................................................................... 3 час.

8

2. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК Основной: 1. Литвинов А.С., Фаробин Я.Е. Автомобиль. Теория эксплуатационных свойств: Учебник для вузов по специальности «Автомобили и автомобильное хозяйство». – М.: Машиностроение, 1989. – 240 с. Дополнительный: 2. Смирнов Г.А. Теория движения колесных машин: учебник для студентов автомобильных специальностей вузов. – М.: Машиностроение, 1990 (1981). – 271 с. 3. Гришкевич А.И. Автомобили. Теория: Учебник для вузов. – Минск.: Вышейшая школа, 1986. – 208 с. 4. Вонг Дж. Теория наземных транспортных средств. – М.: Машиностроение, 1982. – 282 с. 5. Высоцкий М.С., Беленький Ю.Ю., Москвин В.В. Топливная экономичность автомобилей и автопоездов. – Минск: Наука и техника, 1984. – 208 с. 6. Закин Я.Х. Маневренность автомобиля и автопоезда. – М.: Транспорт, 1986. – 136 с. 7. Токарев А.А. Топливная экономичность и тягово-скоростные качества автомобиля. – М.: Машиностроение, 1982. – 222 с. 8. Фаробин Я.Е., Щупляков В.С. Оценка эксплуатационных свойств автопоездов для международных перевозок. – Транспорт, 1983. – 200 с. 9. Краткий автомобильный справочник. – М.: Транспорт, 1994. – 779с.

3. ТЕМАТИКА НИРС В качестве тем научных исследований студентов, которые, как правило, завершаются написанием дипломного проекта исследовательского характера в области теории автомобиля, рекомендуются следующие: 3.1. Исследование тягово-скоростных свойств автомобилей в реальных условиях эксплуатации и на ЭВМ. 3.2. Исследование тормозных свойств автомобилей в дорожных и стендовых условиях и на ЭВМ. 3.3. Исследование топливной экономичности автомобилей в дорожных и стендовых условиях и на ЭВМ. 3.4. Исследование управляемости и устойчивости автомобиля в дорожных условиях и на ЭВМ.

9

4. ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ (для специальностей 150200 и 240100) Задание. Рассчитать показатели тягово-скоростных, топливноэкономических и тормозных свойств автомобиля и выполнить анализ влияния конструктивных и эксплуатационных факторов на перечисленные свойства автомобиля. Расчет выполнить для двух значений коэффициента использования грузоподъемности (пассажировместимости) автомобиля

γг1 = γn1 = 1,0 и γг2 = γn2 = 0,5. Дорогу принять горизонтальной с двумя типами характеризуемых коэффициентами сопротивления качению

покрытий,

f01 = f0 и f02 = 5⋅f0. Исходные данные выбираются из таблицы по вариантам в соответствии с последней и предпоследней цифрами номера зачетной книжки (шифра) студента. По согласованию с руководителем студенту может быть выдано индивидуальное задание на курсовую работу на реальную тему для предприятия или кафедры, либо научно-исследовательского характера (тематика НИРС приведена в п.3), которое утверждается заведующим кафедрой. 4.1. СОДЕРЖАНИЕ КУРСОВОЙ РАБОТЫ И ТРЕБОВАНИЯ К ЕЕ ОФОРМЛЕНИЮ После изучения теоретического материала студенты выполняют курсовую работу, которую рекомендуется выполнять на листах писчей бумаги формата А4 (297х210 мм), оставляя поля для замечаний рецензента. На титульном листе следует указать факультет, кафедру, дисциплину, фамилию, имя и отчество студента, специальность, шифр, фамилию, имя и отчество преподавателя, г. Санкт-Петербург и год выполнения работы. В начале работы после "Введения" нужно привести задание и исходные данные, затем - алгоритм расчета показателей эксплуатационных свойств автомобиля с расшифровкой используемых символов. Результаты расчетов рекомендуется сводить в таблицы. Графики необходимо строить на миллиметровой бумаге того же формата карандашом или фломастерами. При построении графиков следует для каждой кривой находить не менее пяти – шести точек. В тексте обязательно должны быть ссылки на помещенные рисунки (графики, схемы) и таблицы, которые, в свою очередь, должны иметь сквозную нумерацию раздельно для рисунков и таблиц. В конце работы необходимо указать список использованной литературы. Все страницы, включая рисунки, нужно пронумеровать (в нижнем правом углу). 11

Не допускается использовать сокращения слов, не принятые в русском языке. Курсовая работа должна состоять из следующих основных разделов: • содержания; • введения; • задания на курсовую работу и исходных данных; • расчета показателей тягово-скоростных свойств автомобиля; • расчета показателей топливно-экономических свойств автомобиля; • расчета показателей тормозных свойств автомобиля; • анализа влияния эксплуатационных и конструктивных факторов на эксплуатационные свойства автомобиля; • выводов; • использованной литературы. 4.2. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ РАЗДЕЛОВ КУРСОВОЙ РАБОТЫ Расчет показателей эксплуатационных свойств автомобиля рекомендуется выполнять с помощью ЭВМ или микрокалькулятора в следующей последовательности: 4.2.1. Задаться пятью - шестью значениями частоты вращения коленчатого вала двигателя nx от минимальной nmin до максимальной nmax, включая частоты при максимальной мощности nN и максимальном крутящем моменте nM. Значение nmin можно принять равным 600 об/мин для дизелей и 800 об/мин для бензиновых (карбюраторных) двигателей. Значение nmax определяется из выражений: nmax ≈ 1,1⋅ nN - для карбюраторных двигателей без ограничителя частоты вращения коленчатого вала; nmax ≈ nN - для остальных типов двигателей. Для выбранных значений частоты вращения коленчатого вала двигателя nx рассчитать: 4.2.1.1. Эффективные мощность Nex и крутящий момент Mex на коленчатом валу двигателя:

(

)

N ex = N e max aE + bE 2 − cE 3 , кВт; N M ex =9550 ex , Н⋅ м , nx

(1) (2)

где Nemax – максимальная эффективная мощность на коленчатом валу двигателя; a, b, c – постоянные коэффициенты, зависящие от типа двигателя (для карбюраторных двигателей a=b=c=1; для дизелей a=0,53, b = 1,56, c = 1,09); 12

E = nx/nN - степень использования частоты вращения коленчатого вала двигателя; 4.2.1.2. Скорость автомобиля при включенной i-ой передаче в коробке передач: n ⋅r (3) Vi = 0,105 x к , м/с, u трi где nx – частота вращения коленчатого вала двигателя (выбранные 5-6 значений), об/мин; rк – кинематический радиус колеса (при расчетах можно принять rк ≈ rд ≈ rст , где rд и rст – динамический и статический радиусы колеса), м; umpi=ukni uд ио - передаточное число трансмиссии автомобиля при включенной i-ой передаче в коробке передач; ukni , uд и ио, - передаточные числа коробки передач при включенной i-ой передаче, дополнительной коробки и главной передачи соответственно; i – номер включенной передачи в коробке передач; 4.2.1.3. Тяговую силу на каждой передаче:

Pтi =

M e ⋅ uтрi ⋅ηтр rд

, Н

(4)

где ηтр – коэффициент полезного действия (КПД) трансмиссии автомобиля. Его значение можно принять равным: для легковых автомобилей ηтр ≈ 0,90…0,92; для грузовых - ηтр ≈ 0,82…0,88; 4.2.1.4. Тяговую мощность на ведущих колесах:

Nт = Nemax ηтр, кВт;

(5)

4.2.1.5. Силу сопротивления воздуха на каждой передаче:

Pвi=kв⋅F⋅Vi2 , Н

(6)

где kв – коэффициент обтекаемости автомобиля, Н×с2/м4; F – площадь лобового сопротивления автомобиля (площадь Миделя), м2. Коэффициент сопротивления воздуха kв выбирается из диапазона: для легковых автомобилей kвл = (0,2…0,4) Н×с2/м2; для грузовых kвг = (0,6…0,7) Н×с2/м2. Лобовая площадь F зависит от наибольшей высоты Hа и ширины Bа автомобиля: для легковых автомобилей Fл ≈ 0,78 × Bа × Hа (м2); для грузовых Fг ≈ Bа × Hа (м2); B

B

B

4.2.1.6. Динамический фактор на каждой передаче:

13

Di =

Pтi − Pвi Ga ,

(7)

где Gа – сила тяжести автомобиля, Н.

Ga=Ma ⋅g,

(8)

где Ma – масса автомобиля, кг; g = 9,81 м/с2 – ускорение свободного падения. Масса автомобиля определяется из выражений: • для легковых автомобилей и автобусов Ma = Mc + 80⋅Zн⋅ γn , где Zн – номинальная пассажировместимость (включая водителя), чел.; γn – коэффициент использования пассажировместимости; • для грузовых автомобилей Ma = Mc + qн γz, кг, где Mc – собственная масса автомобиля, кг; qн – номинальная грузоподъемность, кг; γг – коэффициент использования грузоподъемности; 4.2.1.7. Коэффициент сопротивления качению на каждой передаче: fi=fo (1+AVi2), (9) где f0 – табличное значение коэффициента сопротивления качению; А=7⋅10-4 с2/м2 – постоянный коэффициент; 4.2.1.8. Ускорение автомобиля на каждой передаче:

ji =

Di − f i

δ врi

⋅ g , м/с2,

(10)

где δвр – коэффициент учета вращающихся масс. Для одиночного автомобиля 2 при его номинальной нагрузке (при γг = γn = 1) δврi = 1,04 + 0,04 u кпi; при M ан 2 изменении нагрузки (при γг ≠1 и γn ≠ 1) δврi = 1 + 0,04 (u кпi + 1), где Maн – Ma масса автомобиля при номинальной нагрузке. 4.2.2. Задаться пятью - шестью значениями скорости автомобиля от Vmin до Vmax (см. п. 4.2.1.2) и рассчитать при этих значениях: 4.2.2.1. Силу сопротивления качению:

Pf = Ga ⋅ f, Н;

(11)

4.2.2.2. Суммарную силу сопротивления движению автомобиля: 14

Pc = Pв + Pf, Н; 4.2.2.3. качению:

Мощность,

(12)

затрачиваемую

на

преодоление

Nf = (Pf ⋅V) /1000, кВт;

сопротивления

(13)

4.2.2.4. Мощность, затрачиваемую на преодоление сопротивления воздуха:

Ne = (Pв⋅V) / 1000, кВт; 4.2.2.5. Суммарную сопротивления движению:

мощность,

затрачиваемую

Nc = Nf + Ne, кВт.

(14) на

преодоление (15)

4.2.3. Расчет показателей тягово-скоростных свойств автомобиля рекомендуется выполнять в два этапа. На первом этапе выполняется расчет показателей для дороги, характеризуемой коэффициентом сопротивления качению f01 при номинальной загрузке автомобиля, т.е. при γг1 = γп1 = 1,0 (по п.п. 4.2.1, 4.2.2), и при уменьшенной загрузке автомобиля, т.е. при γг2 = γп2 = 0,5 (по п.п. 4.2.1.6, 4.2.1.8, 4.2.2.1…4.2.2.3, 4.2.2.5). На втором этапе рассчитываются показатели для дороги, характеризуемой коэффициентом сопротивления качению f02. Результаты расчетов следует свести в таблицы и по ним построить графики, на которых одноименные кривые при различных значениях f0 и γг (γп) нужно изобразить разными цветами: а) внешних скоростных характеристик двигателя; б) зависимостей Vi = fi (nx); в) мощностной характеристики (мощностного баланса) автомобиля; г) тяговой характеристики (силового баланса) автомобиля; д) динамической характеристики автомобиля; е) ускорений автомобиля на передачах в зависимости от скорости его движения. По полученным графикам устанавливаются максимальные скорости Vmax движения автомобиля в заданных дорожных условиях при различной загрузке автомобиля, максимальные значения тяговой силы, динамического фактора и ускорения на передачах. 4.2.4. Анализ влияния конструктивных и эксплуатационных факторов на тягово-скоростные свойства автомобиля удобнее проводить по обобщенным показателям этих свойств – средней скорости Vс движения автомобиля на маршруте и выполненной при этом удельной транспортной работе W: Vс = kν ⋅Vmax, м/с, (16) где kv – коэффициент, зависящий от конкретных условий движения и типа автомобиля. При расчетах можно принять kv = 0,6…0,8 (меньшие значения относятся к грузовым автопоездам, большие – к одиночным легковым автомобилям); 15

• для легковых автомобилей и автобусов Wn = 0.288 Zn ⋅γn ⋅Vc, пасс.⋅км/ч; (17) • для грузовых автомобилей Wг = 0.0036 qн γг ⋅Vc , т⋅км/ч. (18) 4.2.5. Основным измерителем топливной экономичности автомобиля является расход топлива в литрах на 100 км пройденного пути (путевой расход) Qs, л/100 км. Для оценки эффективности использования топлива при выполнении транспортной работы используют расход топлива на единицу транспортной работы Qw, л/100 т⋅км или л/100 пасс.⋅км. Расчет этих показателей рекомендуется проводить при средней скорости движения автомобиля на маршруте Vс, установленной выше при различных значениях f0 и γг(γn):

g (N + N в )(Vc ) Q = е f s 36 ⋅ Vс ⋅ с т ⋅ з тр , л/100км,

g (N + N в )(Vc) Q = е f w 10 ⋅ W ⋅ ст ⋅ з тр , л/100 т⋅км или л/100 пасс. ⋅км,

(19)

(20)

где gе – удельный эффективный расход топлива двигателем, г/кВт⋅ч; (Nf + Nв)(Vс) - суммарная мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления движению автомобиля при скорости Vс, кВт (определяется по графику мощностного баланса автомобиля); ρт – плотность топлива, кг/л (при расчетах можно принять ρт = 0,72 кг/л); W – удельная транспортная работа, выполненная автомобилем на маршруте, т⋅км/ч (пасс.⋅км/ч). Удельный эффективный расход топлива двигателем gе может быть определен приближенным методом И.С. Шлиппе [1, с.90]: g e = k e ⋅ k и ⋅ g eN , г/кВт⋅ч, (21) где gеN – удельный эффективный расход топлива двигателем при максимальной мощности, г/кВт⋅ч; ke и kи – коэффициенты, учитывающие соответственно степень использования частоты вращения коленчатого вала двигателя E и степень использования его мощности И при движении автомобиля со скоростью Vс. Удельный эффективный расход топлива двигателем при максимальной мощности gеN на (5…15)% больше, чем минимальный расход топлива gе min, т.е. gеN = (1,05…1,15)⋅gе min. Для карбюраторных двигателей gе min = (260…310) г/кВт⋅ч; для дизелей gе min = (195…230) г/кВт⋅ч. Коэффициенты ke и kи определяются по формулам: • ke для всех типов двигателей 16

ke = 1,25 – Е +Е2 – 0,24 ⋅Е3; • kи для карбюраторных двигателей kи = 3,27 – 8,22 ⋅И + 9,13 ⋅И2 – 3,18 ⋅И3; • kи для дизелей kи = 1,2 + 0,14 ⋅И – 1,8 ⋅ И2 + 1,46 ⋅ И3;

(22) (23) (24)

где E - степень использования частоты вращения коленчатого вала двигателя. Определяется из выражения

E = nVс/nN ,

(25)

где nVс и nN - частоты вращения коленчатого вала двигателя при движении автомобиля со скоростью Vс и при максимальной мощности двигателя соответственно; И - степень использования мощности двигателя при движении автомобиля со скоростью Vс. Определяется как отношение мощности двигателя Ne(Vс), необходимой для равномерного движения автомобиля в заданных дорожных условиях со скоростью Vс, к мощности Nemax(Vс), которую может развить двигатель при полной подаче топлива при движении автомобиля с той же скоростью Vс, т.е.

И = Ne(Vс) / Nemax(Vс)

(26)

С учетом кпд трансмиссии можно записать И = (Nf + Nв)(Vс) / Nт max(Vc) , (27) где (Nf + Nв)(Vс) - суммарная мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления движению автомобиля при скорости Vс, кВт (определяется по графику мощностного баланса автомобиля); Nт max(Vc) - максимальная тяговая мощность на ведущих колесах при движении автомобиля со скоростью Vс (определяется по графику мощностного баланса автомобиля). Результаты расчетов Qs и Qw позволяют выполнить анализ влияния эксплуатационных и конструктивных факторов (массы и загрузки автомобиля, сопротивления дороги) на топливную экономичность автомобиля. 4.2.6. Тормозные свойства автомобиля оказывают влияние не только на безопасность движения, но и на среднюю скорость движения. Допустимая по тормозным свойствам скорость движения автомобиля Vд может быть определена из условия:

Sо + Sб = Sв ,

(28)

где Sо – остановочный путь автомобиля; Sб – расстояние безопасности (обычно принимают равным 5…10 м); Sв – расстояние видимости водителем дороги до препятствия на пути. 17

Подставляя в условие (28) выражение для остановочного пути автомобиля и значения Sб и Sв, получаем квадратное уравнение, корнями решения которого является искомая величина Vд. Остановочный путь автомобиля Sо определяют по формуле:

Sо = Vд ⋅ (tрв + tc + 0,5⋅tн) + Vд2 /2⋅g⋅ϕx ,

(29)

где Vд – допустимая по тормозным свойствам скорость движения автомобиля, м/с; tрв – время реакции водителя, с (в зависимости от индивидуальных качеств, квалификации водителя, степени его утомленности, дорожной обстановки и т. п. tрв может изменяться в пределах 0,2…1,5 с. При расчетах принимают среднее значение tрв = 0,8 с); tс – время запаздывания тормозного привода, с (у технически исправной тормозной системы с гидроприводом и дисковыми тормозными механизмами tс = 0,05…0,07 с, с барабанными тормозными механизмами tс = 0,15…0,20 с, у системы с пневмоприводом tс = 0,20…0,40 с); tн – время нарастания замедления (тормозных сил) от нуля до установившегося значения, с (в расчетах можно принять: для легковых автомобилей tн = 0,05…0,20 с; для грузовых автомобилей с гидроприводом tн = 0,05…0,40 с; для грузовых автомобилей с пневмоприводом tн = 0,15…1,50 с; для автобусов tн = 0,20…1,30 с); g – ускорение свободного падения, м/с2 (g = 9,81 м/с2); ϕx – коэффициент продольного сцепления колеса с дорогой. Расстояние видимости водителем дороги до препятствия Sв для светлого времени суток приведено в таблице, а для темного времени при пользовании фарами определяют по формуле:

Sв = Sосв – μ ⋅ Vд ,

(30)

где Sосв – максимальная протяженность участка дороги, освещенного фарами (для дальнего света Sосв = 100 м, для ближнего света Sосв = 50 м); μ = 1,8 с – коэффициент, учитывающий уменьшение расстояния видимости от скорости движения.

18

Таблица Исходные данные к курсовой и контрольным работам

Параметры

Автомобиль

18

Собственная масса, кг Номинальная грузоподъемность, кг Номинальная пассажировместимость, чел. Габаритная высота автомобиля, м Колея колес, м Тип двигателя Максимальная мощность двигателя (кВт) и соответствующая ей частота вращения коленчатого вала (об/мин)

Номер варианта и исходные данные 4 5 6 7 Последняя цифра шифра студента Грузо Легко Грузо Авто вой вой вой бус 6725 1420 7080 1750

1

2

3

Легко вой 1045

Грузо вой 3250

Легко вой 1045

-

4000

-

8000

-

8000

5

-

5

-

5

1,4

2,2

1,5

2,7

1,3 Карб. 55,2 5800

1,4 1,7 Карбюраторный 58,8 5400

84,6 3200

8

9

0

Грузо вой 10270

Авто бус 4080

Грузо вой 4300

-

12000

-

6000

-

12

-

31

-

1,5

3,3

2,0

2,7

2,8

2,4

2,0 Дизель

1,5 Карб.

2,0 Дизель

1,5 Карб.

2,0 Дизель

132,4 2100

69,9 4500

154,4 2600

70,2 4500

176,5 2100

1,7 1,8 Карбюраторный 84,6 3200

110,3 3200

Продолжение таблицы Параметры

Номер варианта и исходные данные 4 5 6 7 5,26 3,50 6,38 3,50 2,90 2,26 3,29 2,26 1,52 1,45 2,04 1,45 1,00 1,00 1,25 1,00 0,66 0,81

1 3,24 1,98 1,29 1,00

2 6,55 3,09 1,71 1,00

3 3,49 2,04 1,33 1,00

Передаточное число главной передачи

4,1

6,83

3,9

6,53

Размеры шин, мм

165330

Передаточные числа коробки передач

19

Коэффициент сопротивления качению, f0 Коэффициент продольного сцепления колес с дорогой, ϕx Расстояние видимости водителем дороги до препятствия на пути, Sв, м

8 6,47 3,57 1,87 1,23 0,81

9 6,55 3,09 1,71 1,00

0 7,44 4,10 2,29 1,47 1,00

4,1

8,21

6,83

6,32

240165300185260508 330 508 355 508 Предпоследняя цифра шифра студента

185355

320508

240508

260508

0,010

0,012

0,014

0,016

0,018

0,020

0,022

0,024

0,026

0,028

0,8

0,7

0,6

0,6

0,7

0,6

0,5

0,4

0,5

0,4

300

270

250

230

200

170

140

130

110

100

7,24

4,1

5. ЗАДАНИЯ НА КОНТРОЛЬНЫЕ РАБОТЫ (для специальности 060800) 5.1. СОДЕРЖАНИЕ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ И ТРЕБОВАНИЯ К ИХ ОФОРМЛЕНИЮ После изучения теоретического материала студенты выполняют две контрольные работы, которые рекомендуется выполнять в тетради, оставляя поля для замечаний рецензента. На титульном листе следует указать дисциплину и номера контрольных работ, факультет, специальность, фамилию, имя и отчество студента, шифр. В работе перед решением задачи нужно выписать задание и исходные данные, привести необходимые расчетные схемы, а затем кратко изложить весь порядок расчетов с расшифровкой используемых символов. В тексте обязательно должны быть ссылки на помещенные графики и схемы. Графики выполняются остро отточенным карандашом на миллиметровой бумаге и вклеиваются в тетрадь. При построении графиков следует для каждой кривой находить не менее пяти – шести точек. В конце работы необходимо указать список использованной литературы. Все страницы, включая рисунки, нужно пронумеровать. Не допускается использовать сокращения слов, не принятые в русском языке. Исходные данные выбираются из таблицы в соответствии с последней и предпоследней цифрами номера зачетной книжки (шифра) студента. Контрольная работа 1 Задание 1. Найти максимальную скорость Vmax движения автомобиля полной массы по горизонтальной дороге, характеризуемой коэффициентом сопротивления качению f0. Задание 2. Определить путевой расход топлива того же автомобиля при движении его с постоянной скоростью Vc = 0,8⋅ Vmax. Дорожные условия те же, что в задании 1. Контрольная работа 2 Задание 1. Автомобиль полной массы свободно скатывается под уклон, угол которого равен α = 10 градусов. Определить скорость, при достижении которой автомобиль начнет двигаться равномерно. Задание 2. Найти максимальный угол подъема, который может преодолеть автомобиль со всеми ведущими колесами. Определить также, на сколько градусов подъем должен быть круче найденного, чтобы началось скольжение вниз заторможенного автомобиля. Сопротивлением воздуха пренебречь. 21

Задание 3. Определить допустимую по тормозным свойствам скорость движения автомобиля для светлого и темного времени суток. Задание 4. Проверить, что может произойти раньше – опрокидывание или скольжение автомобиля на крутом повороте, если известно, что центр тяжести автомобиля расположен посередине колеи колес на высоте, равной 1/3 габаритной высоты автомобиля. 5.2. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ 5.2.1. Выполнение задания 1 первой контрольной работы сводится к решению уравнения движения автомобиля, которое при заданных условиях движения (скорость - максимальная, дорога - горизонтальная) будет иметь вид:

Nт = Nf + Nв , кВт,

(31)

где Nт – тяговая мощность, подводимая от двигателя к ведущим колесам; Nf – мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления качению; Nв – мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления воздуха. Решать уравнение (31) рекомендуется графоаналитическим методом с помощью ЭВМ или микрокалькулятора в следующей последовательности: 5.2.1.1. В соответствии с п. 4.2.1 рассчитать эффективные мощность Nex и крутящий момент Mex на коленчатом валу двигателя по формулам (1) и (2), скорость автомобиля Vi при включенной i-ой передаче в коробке передач по формуле (3), тяговую мощность на ведущих колесах Nт по формуле (5). Результаты расчетов следует свести в таблицу; 5.2.1.2. Задаться пятью - шестью значениями скорости автомобиля от Vmin до Vmax (см. п. 4.2.1.2) и рассчитать при этих значениях: • силу сопротивления качению Pf по формуле (11). Здесь сила тяжести автомобиля Gа рассчитывается по формуле (8), а коэффициент сопротивления качению f – по формуле (9); • силу сопротивления воздуха Pв по формуле (6); • мощность, затрачиваемую на преодоление сопротивления качению Nf , по формуле (13); • мощность, затрачиваемую на преодоление сопротивления воздуха Nв , по формуле (14); • суммарную мощность, затрачиваемую на преодоление сопротивления движению автомобиля Nс , по формуле (15). Результаты расчетов следует свести в таблицу. 5.2.1.3. Построить мощностную характеристику (график мощностного баланса) автомобиля и по нему установить максимальную скорость движения автомобиля Vmax в заданных дорожных условиях. 22

5.2.2. Путевой расход топлива Qs (задание 2 первой контрольной работы) рассчитывается по формуле (19) в соответствии с рекомендациями, приведенными в п. 4.2.5. Скорость автомобиля Vmax установлена выше (см. п. 5.2.1.3). 5.2.3. При решении задания 1 второй контрольной работы следует привести схему сил и реакций, действующих на автомобиль при его движении под уклон со скоростью V = const, составить уравнение движения автомобиля и решить последнее относительно скорости движения V с учетом предложенных исходных данных. 5.2.4. При выполнении первой части задания 2 второй контрольной работы следует привести схему сил и реакций, действующих на автомобиль со всеми ведущими колесами при движении его на подъем, составить уравнение движения с учетом предложенных в задании допущений и решить его относительно угла подъема α1. Необходимо помнить, что максимальная сила тяги на ведущих колесах в этом случае ограничивается условиями сцепления колес с дорогой. С целью упрощения уравнения движения можно принять скорость автомобиля постоянной. При выполнении второй части задания следует привести схему сил и реакций, действующих на автомобиль со всеми заторможенными колесами, скользящего вниз по дороге с углом продольного уклона α2, составить уравнение движения и решить его относительно угла α2, а затем найти разницу (α2–α1). Максимальные тормозные реакции на колесах ограничиваются условиями сцепления колес с дорогой. Скорость автомобиля при скольжении можно принять постоянной. 5.2.5. Допустимая по тормозным свойствам скорость движения автомобиля Vд (задание 3 второй контрольной работы) определяется из условия (28) в соответствии с рекомендациями, приведенными в п. 4.2.6. 5.2.6. При выполнении задания 4 второй контрольной работы следует привести схему сил и реакций, действующих на автомобиль при движении его на крутом повороте, и формулы для вычисления этих сил и реакций. Вывести аналитические зависимости оценочных показателей поперечной устойчивости автомобиля от его геометрических параметров и с их помощью установить, что произойдет раньше – опрокидывание или скольжение автомобиля.

23

5. ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ 1. 2. 3. 4.

В чем различие статического и динамического радиуса колеса? Что относится к силам сопротивления дороги? Физическое понятие силы сопротивления качению. Что необходимо сделать для предотвращения буксования колес на песчаной дороге? 5. При подъеме автомобиля на косогор сила сопротивления качению уменьшается, увеличивается или остается постоянной? 6. На какую величину отличается тяговая мощность на колесах автомобиля от эффективной мощности двигателя? 7. Является ли достаточным для равномерного движения автомобиля условие РТ Рg + Рв ? 8. При каких условиях при торможении может наблюдаться

занос автомобиля? 9. Какими способами возможно торможение автомобиля? 10. Если задан коэффициент сопротивления качению, какой параметр возможно определить по динамическому фактору автомобиля? 11. Какие эксплуатационные факторы влияют на экономичность автомобиля? 12. Какие показатели применяются для оценки экономичности автомобиля? 13. Что такое время срабатывания тормозов? 14. Физическое понятие стабилизации управляемых колес автомобиля. 15. Что происходит с центром тяжести автомобиля в момент его поворота? 16. Что такое боковой увод шин и на что он влияет? 17. В чем отличие невозмущенных сил от возмущенных при оценке устойчивости автомобиля? 18. Какие критерии устойчивости применяются при оценке устойчивости автомобиля? 19. Какие показатели применяются для оценки маневренности автомобиля? 20. Что такое поворотная ширина автомобиля? 21. В чем отличие внешнего и внутреннего габаритного радиусов поворота автомобиля? 22. Какие показатели применяются при оценке плавности хода? 23. Какая частота свободных колебаний подрессорной массы является предпочтительной? 24. Что такое обобщенные показатели проходимости автомобиля? 25. Что такое профильная и опорная проходимость? 26. Какая опасность проявляется у изношенного колеса на мокрой дороге? 27. Что такое дорожные, транспортные и природно-климатические условия? Чем они характеризуются? 24

28. Какой документ предъявляет требования к техническому состоянию автомобиля? 29. Какие документы регламентируют экологическую безопасность автомобилей с карбюраторными и дизельными двигателями? 30. Какой документ предъявляет требования по условиям безопасности к эксплуатационному состоянию городских улиц и дорог?

25

Содержание Предисловие 1. Содержание дисциплины ........................................................................... 4 1.1. Рабочая программа.................................................................................. 4 1.2. Тематический план лекций для студентов очно-заочной формы обучения ....................................................................................................... 8 1.3. Тематический план практических занятий........................................... 8 1.4. Темы лабораторных работ...................................................................... 8 2. Библиографический список ....................................................................... 9 3. Тематика НИРс ............................................................................................ 9 4. Задание на курсовую работу ...................................................................... 10 5. Задания на контрольные работы................................................................ 20 5.1. Содержание контрольных работ и требования к их оформлению .... 20 5.2. Методические указания к выполнению контрольных работ.............. 21 6. Вопросы для самопроверки........................................................................ 23

26

Редактор ____________________

Сводный темплан 2005г. Лицензия ЛР № 020308 от 14.02.97г. Санитарно-эпидемиологическое заключение № 78.01.07.953.П.005641.11.03 от 21.11.2003г.

Подписано в печать ____________ Формат 60х84 1/16 . Б.кн.-журн.

П.л. ______

Б.л. _______

РТП РИО СЗТУ

Тираж _______. Заказ __ Северо-Западный государственный заочный технический университет РИО СЗТУ, член Издательско-полиграфической ассоциации университетов России 191186, Санкт-Петербург, ул. Миллионная, 5

27