Тяговый расчет автомобиля ГАЗ-53А с двигателем ЗМЗ–53

1. Внешняя скоростная характеристика двигателя ЗМЗ-53
Внешняя скоростная характеристика представляет собой зависимость эффективной мощности [кВт], эффективного крутящего момента [Н·м], удельного расхода топлива [г/кВт·ч], часового расхода топлива [кг/ч], от частоты вращения коленчатого вала [об/мин] при установившемся режиме работы двигателя и максимальной подаче топлива.
Определение текущего значения эффективной мощности , [кВт] от частоты вращения коленчатого вала двигателя производится по эмпирической зависимости, предложенной С.Р. Лейдерманом
,
где – максимальная эффективная мощность двигателя [кВт];
– текущая частота вращения [об/мин];
– частота вращения при максимальной мощности [об/мин];
Для бензинового двигателя коэффициенты =1 и =1
Определение наименьшей устойчивой – и максимальной – частот вращения коленчатого вала [об/мин]
=0,13·nN; = 0,13·3200 = 416 об/мин
Т.к. на двигателе установлен ограничитель частоты вращения коленчатого вала, то
=1,2· nN; = 1,2·3200 = 3840 об/мин

= 11,7 кВт

Значения эффективной мощности двигателя сводятся в таблицу 1
Определение мощности НЕТТО двигателя , [кВт]
= 0,9·; = 0,9·11,7 = 10,5 кВт
Значения мощности НЕТТО двигателя сводятся в таблицу 1
Определение эффективного крутящего момента двигателя , [Н·м]
=9550·; == 279,3 Н·м
Значения эффективного крутящего момента двигателя сводятся в таблицу 1
Определение крутящего момента двигателя НЕТТО , [Н·м]
= 0,9·; = 0,9·279,3 = 251,4 Н·м
Значения крутящего момента двигателя НЕТТО сводятся в таблицу 1
Определение удельного расхода топлива , [г/кВт·ч]
,
где – минимальный удельный расход топлива [г/кВт·ч]
= 327,2 [г/кВт·ч]
Значения удельного расхода топлива двигателя сводятся в таблицу 1
Определение часового расхода топлива двигателя , [кг/ч]

= 3,8 кг/ч
Значения часового расхода топлива двигателя сводятся в таблицу 1
2. Тяговый баланс автомобиля

Тяговый баланс автомобиля – это совокупность графиков зависимостей силы тяги на ведущих колесах , [Н] (на различных передачах), а также суммы сил сопротивления качению , [Н] и воздуха , [Н] от скорости движения автомобиля [км/ч]
Расчет сил тяги на колесах для каждой передачи , [Н]
,
где – коэффициент полезного действия трансмиссии;
– передаточное число трансмиссии;
– радиус качения колеса, [м]
,
где – передаточное число коробки переменных передач
– передаточное число главной передачи
Радиус качения колеса , [м] для радиальной шины определяется как

КПД трансмиссии определяется
,
где K – число пар цилиндрических шестерен в трансмиссии автомобиля, через которые передается крутящий момент на -той передаче;
L – число пар конических или гипоидных шестерен;
M – число карданных шарниров.
Расчет скорости движения автомобиля для каждой передачи , [км/ч]

Расчет силы тяги на колесах и скорости автомобиля на 1-й передаче

м
Н
км/ч
Значения силы тяги на колесах и скорости автомобиля на 1-й передаче сводятся в таблицу 2
Расчет силы тяги на колесах и скорости автомобиля на 2-й передаче

Н
км/ч
Значения силы тяги на колесах и скорости автомобиля на 2-й передаче сводятся в таблицу 2
Расчет силы тяги на колесах и скорости автомобиля на 3-й передаче

Н
км/ч
Значения силы тяги на колесах и скорости автомобиля на 3-й передаче сводятся в таблицу 2
Расчет силы тяги на колесах и скорости автомобиля на 4-й передаче

Н
км/ч
Значения силы тяги на колесах и скорости автомобиля на 4-й передаче сводятся в таблицу 2
Расчет силы сопротивления качению колес автомобиля по дорожному покрытию , [Н]
,
где – масса полностью загруженного автомобиля, [кг]
= 9,8 – ускорение свободного падения, [м/с2]
– коэффициент сопротивления качению автомобильного колеса

,
где = 0,018 – коэффициент сопротивления качению колес автомобиля по асфальтобетону;
= 0,03 – коэффициент сопротивления качению колес автомобиля по грунтовой дороге.
Расчет коэффициента сопротивления качению колеса и силы сопротивления качению колес автомобиля по асфальтобетону , [Н]

Н
Расчет коэффициента сопротивления качению колеса и силы сопротивления качению колес автомобиля по грунтовой дороге, [Н]

Н
Значения сил сопротивления качению колес автомобиля сводятся в таблицу 3
Расчет силы сопротивления воздуха действующей на автомобиль , [Н]
,
где – коэффициент обтекаемости формы автомобиля, [кг/м3]
– площадь МИДЕЛЯ – площадь проекции автомобиля на плоскость перпендикулярную продольной оси, [м2].
[кг/м3],
где – коэффициент аэродинамического сопротивления;
= 1,225 [кг/м3] – плотность воздуха
[м2],
где – колея передних колёс автомобиля, [м]
– наибольшая высота автомобиля, [м]
м2
кг/м3
Н
Значения сил сопротивления воздуха автомобиля сводятся в таблицу 3
;
Н укатанная снеж. дорога
Н мокрый асфальт
Н сухая грунт. дорога
Н сухой асфальт

3. Динамический фактор автомобиля
Динамический фактор автомобиля представляет собой совокупность динамических характеристик, номограммы нагрузок автомобиля.
Динамическая характеристика – это зависимость динамического фактора автомобиля с полной нагрузкой от скорости его движения
.
Динамическим фактором автомобиля называется отношение разности силы тяги и силы сопротивления воздуха к весу автомобиля

.
Расчет динамического фактора и силы сопротивления воздуха , [H] на 1-ой передаче

Н

Значения динамического фактора и силы сопротивления воздуха на 1-й передаче сводятся в таблицу 4
Расчет динамического фактора и силы сопротивления воздуха , [H] на 2-ой передаче
Н

Значения динамического фактора и силы сопротивления воздуха на 2-й передаче сводятся в таблицу 4
Расчет динамического фактора и силы сопротивления воздуха , [H] на 3-ей передаче
Н

Значения динамического фактора и силы сопротивления воздуха на 3-й передаче сводятся в таблицу 4
Расчет динамического фактора и силы сопротивления воздуха , [H] на 4-ой передаче
Н

Значения динамического фактора и силы сопротивления воздуха на 4-й передаче сводятся в таблицу 4
Расчет суммарного коэффициента сопротивления дороги

С учетом того, что автомобиль движется по ровной, горизонтальной поверхности дороги, то
Значения коэффициентов сопротивления качению колес по асфальтобетону и по грунтовой дороге берутся из таблицы 3
Значения коэффициента суммарного сопротивления движения автомобиля по асфальтобетону и по грунтовой дороге сводятся в таблицу 5
мм
мм
=>

4. Характеристика ускорений автомобиля

Характеристика ускорений – это зависимость ускорений автомобиля от скорости , [м/с2], при его разгоне на каждой передаче.
Величину ускорений , [м/с2] при разгоне автомобилей рассчитывают из выражения
,
где – коэффициент суммарного дорожного сопротивления по асфальтобетонному покрытию ( = );
– коэффициент, учитывающий инерцию вращающихся масс при разгоне автомобиля
,
где – момент инерции маховика и разгоняющихся деталей автомобиля, [кг/м2];
– момент инерции колес автомобиля, [кг/м2];
n=4 – общее число колес автомобиля
Таким образом, величина коэффициента показывает, во сколько раз увеличиваются силовые и мощностные затраты, связанные с разгоном автомобиля, по причине разгона вращающихся масс автомобиля (двигателя, шестерен и валов трансмиссии, колес и связанных с ними деталей)
Расчет величины ускорения при разгоне автомобиля на 1-ой передаче

м/с2
Значения величины ускорения при разгоне автомобиля на 1-ой передаче сводятся в таблицу 5
Расчет величины ускорения при разгоне автомобиля на 2-ой передаче

м/с2
Значения величины ускорения при разгоне автомобиля на 2-ой передаче сводятся в таблицу 5
Расчет величины ускорения при разгоне автомобиля на 3-ей передаче

м/с2
Значения величины ускорения при разгоне автомобиля на 3-ей передаче сводятся в таблицу 5
Расчет величины ускорения при разгоне автомобиля на 4-ой передаче

м/с2
Значения величины ускорения при разгоне автомобиля на 4-ой передаче сводятся в таблицу 5
5. Характеристика времени и пути разгона автомобиля

Характеристика разгона представляет собой зависимости времени
t = f(Va), [c] и пути S = f(Va), [м], разгона полностью загруженного автомобиля, на отрезке ровного, горизонтального шоссе с асфальтобетонным покрытием. Для определения времени разгона воспользуемся графиком зависимости ja z = f(Va).
Время разгона
Время движения автомобиля, при котором его скорость возрастает на величину , определяется по закону равноускоренного движения
,
где км/ч
– значение ускорения в начале интервала, [м/с2]
– значение ускорения в конце интервала, [м/с2]
Суммарное время разгона автомобиля на заданной передаче от минимальной скорости Va min до максимальной скорости Va max находят суммированием времени разгона на интервалах

где q – общее число интервалов.
Определение значений времени разгона автомобиля

м/с2
км/ч
с
Значения времени разгона автомобиля сводятся в таблицу 6
Путь разгона
, [м] – путь, проходимый автомобилем за время
– значение скорости в начале интервала, км/ч
– значение скорости в конце интервала, км/ч
– время движения автомобиля, при котором его скорость возрастает на величину
Путь, проходимый автомобилем при его разгоне, от минимальной скорости
Va min = 0 до максимальной – Va max, находят суммированием расстояний на интервалах
, [м]

где q – общее число интервалов.
Путь, пройденный автомобилем за время переключения передачи с индексом на передачу с индексом составляет

Определение значений пути разгона
с

км/ч
м
Значения пути разгона автомобиля сводятся в таблицу 6

6. Мощностной баланс автомобиля

Мощностной баланс автомобиля представляет собой совокупность зависимостей мощностей на ведущих колесах автомобиля, [кВт], для всех передаточных чисел трансмиссии, мощностей сопротивления дороги , [кВт], и воздуха , [кВт], от скорости движения , [км/ч].
Расчет мощности, приведенной от двигателя к колесам автомобиля, на каждой передаче, [кВт]

Расчет мощности, приведенной от двигателя к колесам автомобиля, на 1-ой, 2-ой и 3-ей, передачах
кВт
Значения мощности, приведенной от двигателя к колесам на 1-ой, 2-ой, 3-ей передачах сводятся в таблицу 7
Расчет мощности, приведенной от двигателя к колесам автомобиля на 4-ой передаче
кВт
Значения мощности, приведенной от двигателя к колесам на 4-й передаче сводятся в таблицу 7
Расчет мощности, затрачиваемой на преодоление сопротивления воздуха , [кВт]

кВт
Значения мощности, затрачиваемой на преодоление сопротивления воздуха сводятся в таблицу 7.
Расчет мощности суммарного сопротивления дороги , [кВт]

,
где – , причем – сила, затрачиваемая на преодоление автомобилем подъема. Так как автомобиль движется по ровной горизонтальной поверхности дороги, то .
и принимаем из таблицы 3
Расчет мощности сопротивления качению колес автомобиля по асфальтобетону
кВт
Расчет мощности сопротивления качению колес автомобиля по грунтовой дороге
кВт
Значения мощности сопротивления качению колес автомобиля сводятся в таблицу 8.

7. Топливно-экономическая характеристика автомобиля

Топливно-экономическая характеристика автомобиля позволяет определять расход топлива в зависимости от скорости его движения. Она представляет собой график зависимости путевого расхода топлива от скорости автомобиля.
Значения путевого расхода топлива , [л/100 км] определяют по выражению
,
где — часовой расход топлива, [кг/ч],
,
где – функция зависимости удельного расхода топлива от частоты вращения коленчатого вала двигателя, [г/кВт×ч];
— суммарная мощность сопротивления движению автомобиля, [кВт];
– коэффициент, учитывающий изменение удельного расхода топлива в зависимости от коэффициента использования мощности двигателя .

,
где – плотность топлива, [г/см3];
, [г/см3] – плотность бензина;
Определение путевого расхода топлива на 3-й передаче по асфальтобетону.

кг/ч
л/100 км
Значения путевого расхода топлива на 3-й передаче по асфальтобетону сводятся в таблицу 9
Определение путевого расхода топлива на 3-й передаче по грунту

кг/ч
л/100 км
Значения путевого расхода топлива на 3-й передаче по грунту сводятся в таблицу 9
Определение путевого расхода топлива на 4-й передаче по асфальтобетону

кг/ч
л/100 км
путевого расхода топлива на 4-й передаче по асфальтобетону сводятся в таблицу 9
Определение путевого расхода топлива на 4-й передаче по грунту

кг/ч
л/100 км
путевого расхода топлива на 4-й передаче по грунту сводятся в таблицу 9

Заключение
В данной курсовой работе я провел тяговый расчет автомобиля
ГАЗ 53А с двигателем ЗМЗ – 53. Построил внешнюю скоростную характеристику двигателя. Вычислил тягу, динамику и ускорения автомобиля на разных передачах КПП. Также произвел расчет времени и пути разгона автомобиля, баланс мощностей и экономичность двигателя на данной передаче по разным типам дорожных покрытий.

Список литературы
1. Конструкция, расчет и потребительские свойства изделий. Методические указания по курсовому проектированию. Составитель А.И. Федотов. — Иркутск Изд-во ИрГТУ, 2004. Часть 1–41 с.