Лабораторные занятия 34-35 по МДК.01.01 УСТРОЙСТВО АВТОМОБИЛЕЙ
учебно-методический материал

ЛАБОРАТОРНОЕ ЗАНЯТИЕ №34

«ПОСТРОЕНИЕ ТЯГОВОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ АВТОМОБИЛЯ»

Цель работы: Практически построить тяговую характеристику автомобиля.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Работа заключается в построении тяговой характеристики автомобиля.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1.Изучить:

1.1 Назначение;

1.2 Классификацию;

 1.3. Устройство;

2. Рассмотреть и уметь объяснить:

2.1. Принцип действия

 2.2. Расположение и назначение.

3. Выполнить практическую работу

4. Составить отчет о работе, дать ответ на контрольные вопросы

ОБОРУДОВАНИЕ И НАГЛЯДНЫЕ ПОСОБИЯ

1.Макеты, разрезы и детали

2.Плакаты, слайды

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:

1. Что такое тяговая характеристика автомобиля?

2. Как ее построить?.

ТРЕБОВАНИЯ К ОТЧЕТУ

В отчёте необходимо привести:

1. Построение тяговой характеристики автомобиля.

Содержание

Тяговая характеристика автомобиля – это комплекс зависимостей тяговой    мощности, скорости движения, расхода топлива, частоты вращения вала двигателя и др. характеристик тяговой или транспортной машины от тягового усилия. Т. х. позволяет оценивать динамические, экономические и др. показатели машин иопределяется (например, для трактора) расчётным путём (теоретическая Т. х.) или при тяговых испытаниях. Т. х. зависит от мощности двигателя, типа движителя, веса транспортной машины и от физико-механических свойств поверхности, по которой происходит движение. На основе Т. х. также производятрасчёты по рациональному сочетанию тяговых машин с различными с.-х. и промышленными машинами-орудиями.

Тяговой характеристикой называется зависимость тяговой силы на ведущих колёсах от скорости движения:

Внешний вид тяговой характеристики автомобиля представлен на рис. 1:

Рис. 1

Число кривых на тяговой характеристике соответствует числу ступеней в коробке передач. При постоянном числе оборотов двигателя nе значение скорости на различных передачах обратно пропорционально передаточным числам коробки передач: и т.д.

При всех преимуществах тяговая характеристика обладает и рядом недостатков: она недостаточно удобна для сравнительной оценки тяговых свойств автомобилей, обладающих различной массой, т.к. при одинаковых значениях они будут иметь на одной и той же дороге различные максимальные скорости, различные ускорения, преодолевать неодинаковые предельные подъёмы и др. Более удобно пользоваться безразмерной величинойD – динамическим фактором:

,

где G – сила тяжести не загруженного автомобиля;

- сила сопротивления воздуха,

где с – безразмерный коэффициент аэродинамического сопротивления; ρ – плотность воздуха, равная 1,25 кг/м3; F – лобовая площадь автомобиля; V – скорость автомобиля. Графическую зависимость D=f(v) называют динамической характеристикой автомобиля.

Внешний вид динамической характеристики автомобиля представлен на рис. 2:

Рис. 2

Для автомобиля, снаряженного карбюраторным двигателем без ограничителя оборотов, правые ветви кривых динамической характеристики для всех передач, кроме высшей, доводятся до пересечения с кривой следующей высшей передачи. Для автомобиля, снабжённого двигателем с ограничителем оборотов или регулятором, ограничиваются скоростью, соответствующей на данной передаче оборотам двигателя по ограничителю или регулятору. Крайняя правая точка кривой высшей передачи при отсутствии ограничителя оборотов доводится до оси абсцисс. Крайние левые точки кривых динамической характеристики соответствуют скорости, получаемой на каждой передаче при устойчивой минимальной частоте вращения коленчатого вала двигателя при полной подаче топлива.

Основными параметрами динамической характеристики, по которым можно судить о тяговых свойствах автомобиля, являются:

- максимальный динамический фактор Dатах, на высшей передаче, величина которого определяет диапазон дорожных сопротивлений, преодолеваемых без переключения передач;

- критическая скорость Vак, соответствующая Dатах, определяет диапазон устойчивого движения на высшей передаче при работе двигателя при полной подаче топлива. При скоростях движения от Vатах до Vак двигатель работает на устойчивой ветви внешней скоростной характеристики и любое, сколь угодно малое увеличение дорожного сопротивления приведёт к падению скорости движения, сопровождаемое увеличением момента двигателя, а следовательно, и динамического фактора. Равновесие сил будет восстановлено при меньшей скорости. После уменьшения скорости ниже критической двигатель заглохнет, если не перейти на нижнюю передачу коробки перемены передач;

- максимальный динамический фактор Dmax на низшей передаче, величина которого определяет максимальное дорожное сопротивление, преодолеваемое автомобилем. Величина Dmax является важнейшим параметром, характеризующим проходимость автомобиля.

Динамическая характеристика позволяет решать различные задачи:

- определять максимальные скорости движения автомобиля на дорогах с различным суммарным коэффициентом дорожного сопротивления ψ;

- максимальные подъёмы, предъявляемые АТС при движении с различными постоянными скоростями на различных передачах;

- находить максимальные ускорения при разгоне автомобиля;

- сравнивать динамические свойства автомобилей различных типов.

При анализе эксплуатационных свойств автомобиля удобно дополнять динамическую характеристику номограммой нагрузок. Такая совокупность графиков называется динамическим паспортом автомобиля (рис .8). Он позволяет решать уравнения движения с учётом большого числа факторов: нагрузки на автомобиль, коэффициента сцепления колёс с дорогой и т.д.

Динамическую характеристику строят для автомобиля с полной нагрузкой. С изменением массы автомобиля от m0 до mа динамический фактор изменяется и его можно определить по формуле:

,

где D0 – динамический фактор порожнего автомобиля с водителем.

m0 – собственная масса порожнего автомобиля с водителем.

Построение номограмм нагрузок производят следующим образом. На продолжении оси абсцисс слева от динамической характеристики откладывается равномерная шкала нагрузок таким образом, чтобы нагрузка полностью гружёного Н=100% автомобиля совпадала с началом координат, а нагрузка Н=0% являлась крайней левой точкой шкалы нагрузок. Через нулевую точку шкалы нагрузок проводят прямую, параллельную оси Dа и на неё наносят шкалу динамического фактора D0. величину масштаба а0, для шкалы D0 определяют по формуле ,

где аа – масштаб шкалы динамического фактора автомобиля с полной нагрузкой. Равнозначные деления шкал Dа и D0 соединяют между собой прямыми линиями. Промежуточные значения динамического фактора определяются интерполированием.

КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ

• За правильно выполненный отчет, с ответом на все контрольные вопросы, выставляется отметка пять баллов.
• При наличии несущественных ошибок (орфографические ошибки, неаккуратно выполненная работа) общий балл снижается на 10 %.
• При наличии существенных ошибок (неверные ответы на контрольные вопросы) отметка снижается до 50 %.
• Защита лабораторной работы выполняется устно и рассчитана на 3-5 минут. За правильный ответ на каждый вопрос выставляется отметка один балл.

ЛАБОРАТОРНОЕ ЗАНЯТИЕ №35

«ПОСТРОЕНИЕ СКОРОСТНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ АВТОМОБИЛЯ»

Цель работы: Практически построить скоростную характеристику автомобиля.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Работа заключается в построении скоростной характеристики автомобиля.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1.Изучить:

1.1 Назначение;

1.2 Классификацию;

 1.3. Устройство;

2. Рассмотреть и уметь объяснить:

2.1. Принцип действия

 2.2. Расположение и назначение.

3. Выполнить практическую работу

4. Составить отчет о работе, дать ответ на контрольные вопросы

ОБОРУДОВАНИЕ И НАГЛЯДНЫЕ ПОСОБИЯ

1.Макеты, разрезы и детали

2.Плакаты, слайды

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:

1. Что такое скоростная характеристика автомобиля?

2. Как ее построить?

ТРЕБОВАНИЯ К ОТЧЕТУ

В отчёте необходимо привести:

1. построение скоростной характеристики автомобиля.

Содержание

Внешней скоростной характеристикой называют зависимость от числа оборотов п, эффективной мощности Ne, эффективного крутящего момента Ме, часового GTи эффективного удельного geрасходов топлива при полностью открытой дроссельной заслонке в карбюраторном двигателе или при положении рейки топливного насоса, соответствующем максимальной установленной подаче топ-Рм-Р^м лива в дизеле.

При снятии характеристики регистрируются и другие показатели двигателя.

Условия получения внешней скоростной характеристики.

Автомобильный двигатель не может воспринимать нагрузку при малых числах оборотов коленчатого вала. Это объясняется тем, что при очень малых числах оборотов усиленная отдача теплоты, пропуски газов через поршневые кольца и несоответствие фаз газораспределения приводят к резкому снижению массового наполнения и невозможности осуществления процесса сгорания. Поэтому существует нижний предел числа оборотов коленчатого вала птхп, при котором двигатель может устойчиво работать во всем диапазоне изменения нагрузок.

 Для заданного топлива при неизменных условиях во впускной системе и совершенстве процесса сгорания во всем рабочем диапазоне чисел оборотов можно принять, что в уравнении произведение. В этом случае характер изменения среднего индикаторного давления в зависимости от числа оборотов коленчатого вала можно считать примерно таким же, как и коэффициента наполнения.

Показан характер изменения rv для карбюраторного двигателя от числа оборотов. Примерно такой же характер изменения имеют среднее индикаторное давление piи прямо пропорциональный ему крутящий момент Mt. Часть среднего индикаторного давления или крутящего момента, развиваемого двигателем, затрачивается на механические потери (рм и Мм)- Эти потери увеличиваются с ростом числа оборотов и при некотором его значении полностью поглощают всю индикаторную работу двигателя.

Число оборотов, при котором pi= pM, является предельным для двигателя и называется разносным числом оборотов празн. При любом числе оборотов разность pi—рм = ре и соответственно разность Mi—Мм=Ме.

Очевидно, что при п=празн, ре=0.

Кривые, характеризующие зависимости pi:peи рм от числа оборотов, показывают также изменение крутящих моментов, что видно из следующего.

По среднему индикаторному и эффективному давлениям можно подсчитать индикаторную и эффективную мощность, а также мощность механических потерь по формулам.

Штриховая линия показывает прямолинейное изменение индикаторной мощности, соответствующее постоянному значению рг = pimax — В действительности кривая индикаторной мощности касается штриховой линии только в точке а, а при других числах оборотов значения индикаторной мощности будут меньшими. Максимум индикаторной мощности не совпадает с наибольшим значением среднего индикаторного давления /?imax. а сдвинута в сторону большего числа оборотов.

Наибольшему значению эффективной мощности соответствует меньшее число оборотов коленчатого вала пе, чем максимуму индикаторной мощности. Максимальное среднее эффективное давление ретах достигается при меньшем числе оборотов пМе, чем pimax. Обычно в автомобильных двигателях номинальное число оборотов пнот выбирают несколько большим пе, что обеспечивает устойчивую работу двигателя в зоне максимального скоростного режима. С увеличением числа оборотов более пном мощность не возрастает из-за резкого уменьшения среднего эффективного давления ре: а динамические нагрузки на основные детали и их износ повышаются. Поэтому эксплуатация двигателя под нагрузкой при числе оборотов выше номинального нецелесообразна, а при разносном — недопустима.

Чтобы исключить возможность перехода на разносный режим и облегчить вождение автомобиля при работе двигателя на номинальном режиме, устанавливают ограничитель — регулятор максимального числа оборотов, который при снижении нагрузки автоматически прикрывает дроссельную заслонку.

При установке такого ограничителя в случае уменьшения нагрузки двигателя число оборотов от пнот несколько повышается, достигая при холостом ходе питах.

Частичные скоростные характеристики.

Зависимости показателей от числа оборотов при различных постоянных положениях дроссельной заслонки (карбюраторный двигатель) или органа управления подачей топлива (дизель) называют частичными скоростными характеристиками. Условия получения частичных характеристик для карбюраторного двигателя и дизеля различны. У карбюраторного двигателя частичные характеристики снимают при разных положениях дроссельной заслонки, что влияет на величину коэффициента наполнения.

По мере прикрытия дроссельной заслонки коэффициент наполнения изменяется более резко. В соответствии с этим и происходит изменение мощности. Максимум эффективной мощности с прикрытием дроссельной заслонки смещается в сторону меньших чисел оборотов. При прикрытии дроссельной заслонки максимальное число оборотов холостого хода снижается и становится даже меньше номинального, следовательно, этим способом можно пользоваться, чтобы не допустить разноса двигателя при быстром уменьшении нагрузки.

В дизелях изменение нагрузки достигается перестановкой рейки топливного насоса. С повышением числа оборотов топливо-подающая аппаратура обеспечивает некоторое увеличение подачи топлива g4на цикл. При снижении нагрузки коэффициент наполнения rjv несколько возрастает. В результате этого при уменьшении нагрузки разносное число оборотов  намного превышает номинальное число оборотов и возникает опасность разноса двигателя.

Для предотвращения аварии двигателя в связи с возможным резким увеличением числа оборотов при внезапном снижении нагрузки в дизеле необходимо устанавливать регулятор, ограничивающий число оборотов холостого хода пхх так. Наличие регулятора облегчает также управление дизелем при его эксплуатации на режиме, близком к номинальному. Характеристика, снимаемая при постоянном положении органа управления регулятором и увеличении нагрузки от холостого хода до максимальной, называется регуляторной.

  1. Расчёт и построение внешней скоростной характеристики

    Мощность двигателя Ne, необходимую для движения полностью нагруженного автомобиля с установившейся максимальной скоростью vmax в заданных дорожных условиях, определяют по формуле

               Ne = (vmax /3600ηтр) (G ψ + k F vmax2/13),    (1)

где vmax – максимальная скорость автомобиля на прямой передаче в заданных дорожных условиях, км/ч; ηтр – механический КПД трансмиссии, принимают для режима максимальной скорости равным 0,85 … 0,90; G – сила тяжести автомобиля с грузом, Н; ψ – приведённый коэффициент дорожного сопротивления, ψ = 0,03 … 0,08; k – коэффициент сопротивления воздуха, H·c2/м4 [1]: грузовые автомобили k = 0,6 … 0,7 Н·с2/м4, автобусы k = 0,35 … 0,4 Н·с2/м4, легковые автомобили k = 0,2 … 0,35 Н·с2/м4; F – площадь лобового сопротивления автомобиля, м2.

     Полную массу автомобиля определяют по формуле:

                                                    m = mг + mс + mn ,

где mг – масса перевозимого груза (грузоподъёмность или пассажировместимость) или багажа, кг; mс – собственная масса автомобиля в снаряжённом состоянии без груза. Слагается из конструктивной (сухой) массы автомобиля, массы топлива, массы технических жидкостей (тосол, масла, тормозная жидкость), запасного колеса, инструмента, принадлежностей технического оборудования, кг; mn – масса водителя и пассажиров в кабине грузового автомобиля или масса водителя и пассажиров в легковом автомобиле или автобусе, кг. Средняя масса пассажира 75 кг.

     Силу тяжести автомобиля определяют по формуле:

                                                        G = m g,

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

     Коэффициент дорожного сопротивления ψmax, которое должен преодолеть автомобиль, двигаясь на прямой передаче определяют по формуле

                                                     ψmax = ƒ + imax,

где ƒ – коэффициент сопротивления качению, ƒ = 0,02 … 0,04, для машин высокой проходимости принимают большее значение; imax – наибольший подъём, который должен преодолеть автомобиль, двигаясь на прямой передаче по хорошей дороге, imax = 0,03 … 0,04.

      i1max – максимальный подъём, который должен преодолеть автомобиль, двигаясь на первой передаче по хорошей дороге, i1max = 0,3 … 0,45.

       ψ1max = ƒ + i1max = (0,02 … 0,04) + (0,3 … 0,45).

vmax – максимальная скорость, которую должен развивать автомобиль на хорошей горизонтальной дороге, характеризуемой суммарным коэффициентом дорожного сопротивления

       ψv = ƒ + i,

где i = 0, ƒ = 0,02 … 0,04.

      Площадь лобовой поверхности грузового автомобиля рассчитывается приближённо, используя данные автомобиля – прототипа по формуле

    F = HB,

где B – ширина колеи передних колёс, м; H – габаритная высота автомобиля, м.

     Площадь лобовой поверхности легкового автомобиля определяют по выражению

                                                      F = 0,78B Ш,

где Ш – габаритная ширина автомобиля, м.

     Для обеспечения необходимого динамического фактора в области средних эксплуатационных скоростей определяют максимальную мощность двигателя по формуле

                       Ne max = (1,05 … 1,10) Ne .     (2)

     Частота вращения коленчатого вала двигателя, соответствующая максимальной мощности определяется коэффициентом оборотности двигателя ηп, равным отношению частоты вращения коленчатого вала двигателя к соответствующей скорости автомобиля:

          ηп = nmax / vmax => nmax = ηпvmax.   (3)

     Для грузовых автомобилей коэффициент оборотности ηп принимают равным 30 … 40 в соответствии с прототипом автомобиля и расчётной максимальной мощностью двигателя; для легковых – 30 … 48.

     Зависимость скорости автомобиля от частоты вращения вала двигателя устанавливают следующим образом:

     а) по прототипу с учётом тенденции развития двигателей задают значение частоты вращения вала двигателя при максимальной мощности nN;

     б) при отсутствии значений nv или nN можно пользоваться их соотношением. Используют известные соотношения между частотой вращения вала двигателя при максимальной скорости автомобиля nv и частотой вращения при максимальной мощности двигателя nN:

     nv / nN = 1,1 … 1,15 – для карбюраторных двигателей без ограничения частоты вращения вала двигателя (легковые и грузовые автомобили грузоподъёмностью выше 1500 кг);

     nv / nN = 1,0 – для дизелей и карбюраторных двигателей с ограничением частоты вращения вала двигателя (грузовые автомобили грузоподъёмностью выше 1500 кг) и определяют частоту вращения вала двигателя при максимальной скорости автомобиля на прямой передаче nv;

     в) подсчитывают значение коэффициента оборотности по формуле

                      ηп = nv / vmax;

     г) пользуясь соотношением n = ηпv, определяют частоты вращения вала двигателя, соответствующие принятым скоростям, наносят на оси абсцисс шкалу частот вращения коленчатого вала двигателя.

     Внешнюю скоростную характеристику карбюраторного двигателя, рис. 1, а строят в такой последовательности:

     а) максимальную мощность, которую развивает двигатель при движении на прямой передаче по горизонтальной дороге с хорошим покрытием с vmax подсчитывают по формуле

                 Nmax = Nv /(C1λ + C2λ2 – C3λ3),               (4)

где C1; C2; C3 – статические коэффициенты; С1 = С2 = С3 = 1 – для карбюраторного двигателя; С1 = 0,53; С2 = 1,56; С3 = 1,09 –

для дизелей.

              λ = nv /nN.

    Для карбюраторных двигателей с ограничителем частоты вращения и дизелей λ = 1;

    б) текущие значения мощности двигателя определяют по формуле

                 Ne = Nmax [C1 (n / nv) + C2 (n / nv)2 – C3 (n / nv)3],   (5)

где n – произвольное, в пределах рабочей зоны значение частоты вращения вала двигателя, мин–1. Рабочей зоной частот вращения выбирают диапазоны от nv до (0,4 … 0,5) nv.

     При различных частотах вращения вала двигателя подсчитывают и откладывают в масштабе на графике не менее 5-ти точек значений мощности двигателя.

КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ

• За правильно выполненный отчет, с ответом на все контрольные вопросы, выставляется отметка пять баллов.
• При наличии несущественных ошибок (орфографические ошибки, неаккуратно выполненная работа) общий балл снижается на 10 %.
• При наличии существенных ошибок (неверные ответы на контрольные вопросы) отметка снижается до 50 %.
• Защита лабораторной работы выполняется устно и рассчитана на 3-5 минут. За правильный ответ на каждый вопрос выставляется отметка один балл.