Сыктывкарский лесной институт-филиал

Сыктывкарский лесной институт-филиал

федерального государственного бюджетного

образовательного учреждения высшего профессионального

о бразования «Санкт-Петербургский государственныйлесотехнический университет имени С.М. Кирова»

Факультет заочного обучения

 

Кафедра: «Автомобили и автомобильное хозяйство»

 

Курсовая работа

По дисципл ине: «Конструкция, расчет и потребительские свойства изделия»

По теме: «Обеспечение безаварийной эффективности автомобилей»

Выполнил: Антоновский Л. Н.

студент факультета заочного

Обучения, бюджетная форма

Обучения,

Курс, № группы 15 70

Специальность: СТиТМиО

№ зач. книжки: 080461

Проверил: Якимов Ю.В.

Сыктывкар 2013

Оглавление

 

Введение …………………………………………………………………………………………3

1. Цели и задачи курсового проекта…………………………………………………..4

2. Исходные данные……………………………………………………………………5

3. Теоретическое обоснование темы………………………………………………….6

3.1 Назначение, свойства и качество автомобиля и системы ВАДС ……………6

           3.2 Безотказность, живучесть, безопасность и безаварийностьавтомобиля……..9

           3.3Эффективность автомобиля и системы ВАДС…………………………………10

           3.4 Скорость и безаварийная эффективность автомобиля………………………...12

4. Тягово-тормозной паспорт автомобиля УАЗ- 3163 «Патриот»…………………...13

4.1 Расчет и построение внешней скоростной характеристики двигателя……..13

4.2 Расчет и построение тяговой части паспорта…………………………………19

4.3 Прогноз тяговой динамичности и эффективности автомобиля……………..26

4.4 Теоретические основы, расчет и построение тормозной части паспорта…..28

Библиографический список……………………………………………………………………32

Приложение 1 …………………………………………………………………………………..33

Введение

Курсовой проект предназначен для студентов кафедры «Автомобили и автомобильное хозяйство», обучающихся по специальности 190603 «Сервис транспортных и технологических машин и оборудования (автомобильный транспорт)», а также может быть использовано студентами других инженерных специальностей.

В пособии приведены необходимые исходные данные для выполнения курсового проекта или курсовой работы (в зависимости от срока обучения) по определению и оценке показателей безаварийной эффективности автомобилей, указаны алгоритм и методики расчетов, объем и сроки выполнения, а также необходимые справочные данные.

В первом разделе пособия сформированы цель, задачи и объем курсового проекта или курсовой работы. Второй раздел посвящен выбору исходных данных для последующих расчетов. Третий раздел содержит теоретическое обоснование темы проекта (работы). В четвертом разделе приведены методика построения тягово-тормозного паспорта автомобиля и прогноз тормозной динамичности и безопасности автомобиля и системы ВАДС. Пятый раздел посвящен анализу динамических процессов автомобиля по графикам разгона, обгона и экстренного торможения.

Цель, задачи и объем курсового проекта

 

Целью выполнения курсового проекта является углубление и закрепление знаний по устройству автомобилей, теории их эксплуатационных свойств и рабочих процессов, а также оценки приспособленности к эффективному и безаварийному использованию в условиях автопредприятия.

Задачами курсового проектирования являются:

1.Конкретизация, углубление и закрепление знаний всего курса «Конструкция, расчет и потребительские свойства изделий» через оценку безаварийной эффективности автомобиля заданной модели в условиях выбранного автопредприятия.

2.Развитие творческих способностей при решении инженерно-эксплуатационных задач в области автомобильного транспорта.

3.Закрепление знаний основ проектирования и расчета шасси автомобиля.

Развитие убудущихавтоинженеров способности кратко и точно формулировать задачи, их обоснование, варианты и алгоритмы решения

Исходные данные

Автомобиль УАЗ 3163 «Патриот» с двигателем ЗМЗ-40905

 

Тип двигателя	4 - тактный с впрыском топлива
Экологический класс	Евро-4
Расположение и число цилиндров	4L
Диаметр цилиндра и ход поршня, мм	95,5 94
Рабочий объем, л	2,7
Степень сжатия	9,1
Максимальная мощность двигателя, кВт	94,1
Частота вращения коленчатого вала, мин-1	4600
Максимальный крутящий момент, кНм	209,7
Частота вращения, соответствующая макс. крутящему моменту, мин-1	2500
Удельный расход топлива,	305
Коэффициент коррекции	0,945
Тип кузова
Количество мест	5(9)
Длина, мм	4700
Ширина, мм	2100/1953
Высота,мм	1900/2000
Колесная база, мм	2760
Колея передняя, мм	1600
Колея задняя, мм	1600
Снаряженная масса автомобиля	2070
на переднюю ось	1150
на заднюю ось	975
Полная масса, кг	2670
Передаточные числа трансмиссии на передаче:
первой	4,155
второй	2,265
третьей	1,428
четвертой	1
пятой	0,880
Гл.передачи	4,11
Колесная формула	4х4
Максимальная скорость, км/ч	150
Контрольный расход топлива, л/90 км/ч	10,8
Размеры шин	225/75 R16

Автомобиля

                            Безотказность автомобиля как его свойство «непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или наработки» [4, с.2] постепенно превращается в «ресурсный отказ, в результате которого объект достигает предельного состояния», но может внезапно и скачкообразно превратиться в «эксплуатационный отказ, возникающий по причине, связанной с нарушением установленных правил и (или) условий эксплуатации» [4. с.4], а также в перемежающийся эксплуатационный отказ (ПЭО) – «многократно возникающий самоустраняющийся отказ одного и того же характера» [4. с.4],например, блокировка (ω_т = 0) и Ю3 (S = 1) колес при торможении на скользкой (φ < 0,4) дороге, вызывающие переходы устойчивость ↔ неустойчивость автомобиля на дороге, управляемость ↔ неуправляемость автомобиля водителем, имеющим высокий уровень профессионального мастерства и персональный «почерк следами юза» не только на скользких, но и сухих, чистых и шероховатых покрытиях.

                            Переходы «устойчивость ↔ неустойчивость» и управляемость ↔ неуправляемость, задаваемые мастером-водителем в опасной дорожной обстановке, превращают безотказный автомобиль в живучий, а при условии достаточности времени проявления живучести, - в безаварийный объект системы ВАДС. «Как ни печально, но большинство водителей беззащитны в аварийной ситуации и чаще всего реагируют на нее естественной защитной реакцией – резким торможением, которое отнимает у них последнюю возможность сохранить управляемость автомобиля. Это не вина водителя, а беда, потому что арсенал его мастерства очень скуден, а профессиональный опыт не всегда может помочь в конкретной дорожной ситуации» [5, с.35].

                            Автомобиль как потенциальный источник опасности, обычно реализует свою «потенцию» в опасность и аварию в процессе управления водителем, не знающим своих контраварийных возможностей и не обладающим «чувством автомобиля», не умеющим предсказывать поведение других участников дорожного движения, прежде всего пешеходов и «крутых» нарушителей Правил дорожного движения.

 

Двигателя

При найденных значениях максимальной мощности двигателя

N_{е, max}=91,4кВт при частоте вращения коленчатого вала n_N=4600мин^-1 и максимального крутящего момента М_е,max = 0,2097кН∙м при частоте вращения коленчатого вала n_м = 2500 мин^-1 определяем:

- мощность при максимальном крутящем моменте

                                  N_{е, м} = 0,105 М_е,maxn_м = 0,105*0,2097*2500=55,05 кВт;                                        (4.1) 

                                  - крутящий момент при максимальной мощности

 кН∙м                                                     (4.2)   

                                  - коэффициенты приспособляемости к допустимой кратковременной перегрузке

1.11                                                                                  (4.3)

                                  и уменьшению угловой скорости

                                   =1.84                                                                                                                       (4.4)

а также коэффициенты

=  = 0,903                          (4.5)

 = 1,21                                                                     (4.6)

= 1,11                                                                               (4.7)

 

                                  На листе формата А4 строим поле внешней скоростной характеристики двигателя, имеющей в начале координат нулевые значения n (горизонтальная шкала), N_е и G_т (левая шкала), М_е и g_е (правая шкала), по значениям N_{е, max} и М_{е, max} выбираем удобный масштаб n, N_е, и М_е и пунктирными вертикалями, проходящими через значения n ~ 600…800 мин^-1, n_м, n_N и n_хх, делим поле характеристики на интервалы.

 

 

Ттаблица 4.1:Расчетная внешняя скоростная характеристика двигателя

 

n,мин-1	nxx	n<nM	nM	n >nM	n<nN	nN	n>nN
	600	1000	2500	3200	3900	4600	5300
Nе, кВт	11,34	21	55,05	73,92	81,9	91,4	83,48
Ме,кН∙м	0,18	0,2	0,21	0,22	0,2	0,19	0,15
ge, г/кВтч	320	317	302	293	293	305	317
ηe	0,26	0,26	0,27	0,28	0,28	0,27	0,26
Gт, кг/ч	3,629	6,657	16,625	21,659	23,997	27,877	26,463
n/nN	0,13	0,22	0,54	0,7	0,85	1	1,15
кп	1,05	1,04	0,99	0,96	0,96	1	1,04

 

    Принимаем и записываем в таблицу 4.1 удобные значения n>n_м  и 

n<n_N, отмечаем их на графике и подставляем в формулу

                                  ,                           (4.8)

в которой значения коэффициентов

                                           а + в - с = 1                                                                     (4.9)

                      0,903+1,21-1,11=1

определены ранее по формулам (4.5) – (4.7), а К_р – коэффициент коррекции равен 0,970

Ме₆₀₀ = 0,189*[0,903+1,21*(600/4600)- 1,11(600/4600)²]*0,945 =0,18кНм

Ме₁₀₀₀ = 0,189*[0,903+1,21(1000/4600)- 1,11(1000/4600)²]*0,945 =0,2кНм

Ме₃₂₀₀ = 0,189*[0,903+1,21(3200/4600)- 1,11(3200/4600)²]*0,945 =0,22кНм

Ме₃₉₀₀ = 0,189*[0,903+1,21(3900/4600)- 1,11(3900/4600)²]*0,945 =0,2кНм

Ме₅₃₀₀ = 0,189*[0,903+1,21(5300/4600)- 1,11(5300/4600)²]*0,945 =0,15кНм

 

Найдем мощность при остальных крутящих моментах

N_{е, 600} = 0,105*0,18*600 = 11,34 кВт;

N_{е, 1000} = 0,105*0,20*1000 = 21 кВт;

N_{е, 3200} = 0,105*0,22*3200 = 73,92 кВт;

N_{е, 3900}=  0,105*0,2*3900= 81,9 кВт;

N_{е, 5300} = 0,105*0,15*5300=83,48 кВт;

    Используя ряд дискретных значений

	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0	1,1
Кп	1,03	0,99	0,97	0,96	0,96	0,97	1,00	1,04

 

и ряд подобных отношений  в таблице 4.1, определяем методом интерполяции значения коэффициента К_n и удельного расхода топливаg_{e, n} =305г/кВтч

                                           g_{e, n} = К_n∙ g_e,N,                                                               (4.12)

 

g_e600 = 1.05*305 = 320г/кВтчg_e3200 = 0.96*305 = 293г/кВтч

g_e1000 = 1.04*305 = 317г/кВтчg_e3900 = 0.96*305 = 293г/кВтч

g_e2500 = 0.99*305 =302г/кВтчg_e5300 = 1.04*305 = 317г/кВтч

 

часового расхода топлива

                                           G_т,n = g_e,n∙ N_е,n∙10^-3                                                       (4.13)

G_т600 = 320*11,34*10^-3 = 3,629кг/чG_т3900 = 293*81,9*10^-3 = 23,997кг/ч

G_т1000 = 317*21*10^-3 =6,657кг/чG_т4600 = 305*91,4*10^-3 = 27,877кг/ч

G_т2500 = 302*55,05*10^-3 = 16,625кг/чG_т5300 = 317*83,48*10^-3 = 26,463кг/ч

G_т3200 = 293*73,92*10^-3 = 21,659кг/ч

При низшей теплоте сгорания топлива Н_u =44 МДж/кг определяем эффективность  КПД

                                           .                                                            (4.14)

 

η_e600 = 3600/(320*44) = 0,26η_e3900 =3600/(293*44) = 0,28

η_e1000 = 3600/(317*44)= 0,26η_e4600 = 3600/(305*44) = 0,27

η_e2500 = 3600/(302*44)= 0,27η_e5300 = 3600/(317*44) = 0,26

η_e3200 =3600/(293*44) = 0,28

 

 

    Все найденные, принятые и рассчитанные значения показателей таблицы 4.1 проверяем «на безошибочность» через их «принадлежность» кривым N_e = f(n), M_e = f(n), G_т = f(n), g_e= f(n) и η_e= f(n), находим и устраняем ошибки в найденных, принятых и расчетных значениях этих показателей созданного и эксплуатируемого автомобильного двигателя, как правило, малозависимого от шасси автомобиля – его трансмиссии, ведущих колес, несущей, управляющей, тормозной и других систем.

    Энергетическая эффективность автомобиля любого класса и транспортного назначения в самом общем виде описывается формулой (3.12), содержащей в правой части только десять показателей, среди которых сомножители η_e и η_вк имеют по два нулевых значения – при минимальной и максимальной загрузке, зависимой от трансмиссии, условий (ψ) и режима (j) дорожного движения.

    Трансмиссия как трансформатор, распределитель и передаточный механизм вращательного движения от двигателя к ведущим колесам предназначена для согласования их скоростных характеристик, определяющих основные показатели назначения автомобиля – его мгновенную действительную скорость υ_а, определяемую по формуле (3.2), и скоростной диапазон

                                                    .                                                       (4.15)

Это требуемое от автомобиля отношение его быстроходности к тихоходности превышает коэффициент приспособляемости двигателя (4.4) в несколько раз и при вынужденно больших значениях n_N и r_к вынуждает конструктора задавать трансмиссии функцию понижающего трансформатора – ступенчатого, бесступенчатого или комбинированного.

    В современных условиях мирового роста производства и приобретения автомобилей автоконструкторы стремятся передать основные операторские функции водителя «бортовому» компьютеру и в связи с этой тенденцией автоматизируют все системы управления автомобилем, в том числе его коробкой передач – традиционно – ступенчатым трансформатором вращательного движения, имеющим ряд передаточных чисел:

    1. Арифметический ряд, обеспечивающий постоянное приращение скорости при разгоне (переходе с низших передач на высшие):

                            Δυ_а = υ₂ – υ₁ = υ₃ – υ₂ =…= υ_n – υ_n-1 = const                             (4.16)

    2. Геометрический ряд, обеспечивающий равенство отношений передаточных чисел коробки передач на смежных передачах:

                                                 (4.17)

    3. Динамический ряд, обеспечивающий наибольшую интенсивность разгона неравенством

                                                 q₁>q₂> …>q_n.                                                         (4.18)

    4. Гармонический ряд, обеспечивающий тягачу постоянное приращение тягового усилия при переходе с высших передач на низшие:

                         ΔР_кр = Р_n – P_n-1 = …= Р₂ – Р₃ = Р₁ – Р₂ = const                            (4.19)

    5. Мощностной ряд, обеспечивающий наибольшее использование мощности двигателя на наиболее «ходовых» (часто используемых) передачах.

    Мощность, подводимая (переносимая) двигателем к трансмиссии транспортного автомобиля, обычно равна мощности его двигателя N_e, а мощность трансформированная, распределенная и переносимая к ведущим колесам,

                                                                                                     (4.20)

 

и при больших значениях ведущих моментов М_в зависит от коэффициента продольного сцепления φ_{х i} каждого ведущего колеса с дорогой и коэффициента блокировки k_бмежколесного дифференциала.

    Коэффициент блокировки как отношение момента трения внутри дифференциала к моменту на его корпусе (ведомом зубчатом колесе пары, в которую обычно встроен межколесный дифференциал), в обычных четырехсателлитных дифференциалах не превышает значения k_δ < 0,1, равного допустимой ВСН 24-88 разности коэффициентов сцепления φ_хi по ширине проезжей части автомобильных дорог и улиц. Однако локальное оледенение проезжей части порождает разность коэффициентов сцепления левых и правых колес Δφ_{х i}>>k_δ и превращает трансмиссию в привод только одного ведущего колеса, имеющего наименьший коэффициент сцепления φ_{х i}

и скорость υ_хв = υ_а = 0 при удвоенной дифференциалом угловой скорости 2ω_в.

    При испытаниях автомобиля на стенде ведущие колеса вращают беговые барабаны и подводят к ним измеряемую мощность

                                              ,                                           (4.21)

зависимую от полезной массы m_г и полной массы автомобиля m_а. При этом КПД двигателя, трансмиссии и ведущих колес автомобиля

                                                                                                (4.22)

можно измерить при разных значениях отношения m_г/m_а и определить зависимость КПД автомобиля (3.13) от перевозимой массы m_г.

    Если одновременно с измерением мощности N_δ, подводимой ведущими колесами к беговым барабанам, измерять эффективную мощность двигателя

                                                       ,                                              (4.23)

то при таком эксперименте можно определить произведение КПД

                                                       .                                                 (4.24)

Раздельное измерение этих КПД возможно только после весьма трудоемкой подготовки трансмиссии к измерению «входных» и «выходных» крутящих моментов и угловых скоростей. При эксплуатации автомобилей необходимо знать и всесторонне повышать их результирующий КПД (3.12).

    При поверочном динамическом расчете автомобиля реальную сумму параллельных потоков мощности (4.20) заменяем одним потоком, подобным мощности N_δ в формуле (4.24), а КПД трансмиссии определяем расчетом по формуле

                                     ,                                  (4.25)

где η_ц и η_к – соответственно КПД цилиндрических и конических пар зубча-

тых колес и подшипников их валов; принимаем η_ц = 0,98 и

                      η_к = 0,97;

    η_кш – КПД карданного шарнира; принимаем η_кш = 0,995;

        

    На всех не прямых передачах постоянная часть формулы (4.25) имеет значение

                                              η_тр = 0,98∙0,97∙0,995 = 0,945,

 

а на прямой передаче (четвертой) η_{тр,_} = 0,98∙1∙ 0,995 = 0,975

 

 

Библиографический список

 

1. Вахламов В.К. Автомобили: Конструкция и эксплуатационные свойства: учеб.пособие для студ. высш. учеб. заведений / В.К. Вахламов. _М.: Изд. центр «Академия», 2009. – 480 с.

2. Вахламов В.К Техника автомобильного транспорта: Подвижной состав и эксплуатационные свойства /В.К. Вахламов – М.: Изд.центр «Академия», 2004 – 528 с.

3. Литвинов А.С., Фаробин Я.Е. Автомобиль: Теория эксплуатационных свойств: Учебник для вузов по специальности «Автомобили и автомобильное хозяйство». – М.: Машиностроение, 1989. – 240с.

4. Лопарев А.А., Якимов Ю.В. Конструкция, расчет и потребительские свойства изделий. Учебно-методическое пособие для спец. 190630 «Сервис транспортных и технологических машин и оборудования (автомобильный транспорт)», Сыктывкар, 2013-98с

5. Машиностроение. Энциклопедия: учебник для технических вузов / В.Ф. Платонов. В.С. Азаев. Е.Б. Алекандров [и др.].; под ред. В.Ф. Платонова. – М.:Машиностроение, 1997. – 688 с.

6. Туревский, И.С. Теория автомобиля [Текст]: учеб.пособие для студентов вузов / И.С. Туревский. – М.:Высш. шк., 250. – 240 с.: ил.

 

Сыктывкарский лесной институт-филиал

федерального государственного бюджетного

образовательного учреждения высшего профессионального

о бразования «Санкт-Петербургский государственныйлесотехнический университет имени С.М. Кирова»

Факультет заочного обучения

 

Кафедра: «Автомобили и автомобильное хозяйство»

 

Курсовая работа