Эксплуатационные и потребительские свойстваавтомобилей Курс лекций Составитель к.т.н., доцент Пресняков Владимир Александрович
СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ Основная литература Литвинов А.С., Фаробин Я.Е. Автомобили. Теория эксплуатационных свойств. М.: Машиностроение, с. Литвинов А.С., Фаробин Я.Е. Автомобили. Теория эксплуатационных свойств. М.: Машиностроение, с. Дополнительная литература Иларионов В.А. и др. Теория и конструкция автомобиля. М.: Машиностроение, Иларионов В.А. и др. Теория и конструкция автомобиля. М.: Машиностроение, Армейские автомобили. Теория/Под ред. А.С.Антонова. М.: Воениздат, с. Армейские автомобили. Теория/Под ред. А.С.Антонова. М.: Воениздат, с. Литвинов А.С. Управляемость и устойчивость автомобиля. М.: Машиностроение, с. Литвинов А.С. Управляемость и устойчивость автомобиля. М.: Машиностроение, с. Список учебно-методических разработок Пресняков В.А. Конструкция, расчет и потребительские свойства автомобилей. Руководство к лабораторным работам – Владивосток: Издательство ВГУЭС, с. Пресняков В.А. Конструкция, расчет и потребительские свойства автомобилей. Руководство к лабораторным работам – Владивосток: Издательство ВГУЭС, с. Соломахин Ю.В. Руководство к лабораторным работам по курсу "Эксплуатационные свойства автомобилей". – Владивосток: Издательство ВГУЭС, с. Соломахин Ю.В. Руководство к лабораторным работам по курсу "Эксплуатационные свойства автомобилей". – Владивосток: Издательство ВГУЭС, с. Соломахин Ю.В. Руководство к выполнению курсовых работ по курсу "Эксплуатационные свойства автомобилей". – Владивосток: Издательство ВГУЭС, с. Соломахин Ю.В. Руководство к выполнению курсовых работ по курсу "Эксплуатационные свойства автомобилей". – Владивосток: Издательство ВГУЭС, с.
Эксплуатационные свойства Потребительские свойства Тягово- скоростные Тормозные Топливная экономичность Свойства присущие мобильным машинам Общетехнические свойства
Цели и задачи Цель настоящей дисциплины состоит в том, чтобы дать студенту специальности знания и навыки в области теории, анализа и оценки конструкций различных автомобилей и их механизмов, обеспечивающие возможность успешного управления в различных сферах современного автомобильного бизнеса
Квалификационные требования После изучения настоящей дисциплины студент должен знать : перспективы развития и особенности совершенствования конструкций современных автотранспортных средств; перспективы развития и особенности совершенствования конструкций современных автотранспортных средств; принципы построения типажа автотранспортных средств, конструктивные особенности; принципы построения типажа автотранспортных средств, конструктивные особенности; способы определения нагруженности отдельных элементов и конструкции автотранспортных средств; способы определения нагруженности отдельных элементов и конструкции автотранспортных средств; методы прогнозирования надежности автомобилей на основе динамического анализа их конструкции; методы прогнозирования надежности автомобилей на основе динамического анализа их конструкции; основные потребительские свойства, их оценочные показатели и методы определения; основные потребительские свойства, их оценочные показатели и методы определения; степень влияния конструктивных и эксплуатационных факторов на потребительские свойства автотранспортных средств; степень влияния конструктивных и эксплуатационных факторов на потребительские свойства автотранспортных средств; пути и возможности улучшения потребительских свойств; пути и возможности улучшения потребительских свойств; методы проведения технических расчетов и определения экономической эффективности использования автомобилей; методы проведения технических расчетов и определения экономической эффективности использования автомобилей; достижения науки и техники, передовой отечественный и зарубежный опыт в области совершенствования потребительских свойств; достижения науки и техники, передовой отечественный и зарубежный опыт в области совершенствования потребительских свойств; специальную научно-техническую и патентную литературу по соответствующей области; специальную научно-техническую и патентную литературу по соответствующей области; методы исследований, проектирования и проведения экспериментальных работ; методы исследований, проектирования и проведения экспериментальных работ; требования к автотранспорту по экологии и защите окружающей среды; требования к автотранспорту по экологии и защите окружающей среды; принципы управления транспортными средствами с учетом технических и человеческих факторов. принципы управления транспортными средствами с учетом технических и человеческих факторов.
Должен уметь : - изучать и анализировать информацию, технические данные, показатели и результаты использования автотранспорта и транспортного оборудования, обобщать и систематизировать их, производить необходимые расчеты, используя современную электронно-вычислительную технику; - участвовать в разработке технически и теоретически обоснованных норм выработки, норм обслуживания автотранспортных средств и оборудования; - рассчитывать нормативы материальных затрат (нормы расхода топлива, материалов, энергии); - разрабатывать нормативные документы, техническую документацию и предложения по реализации программ по использованию и обеспечению работоспособности транспорта и транспортных средств; - проводить технико-экономический анализ, комплексно обосновывать принимаемые и реализуемые решения по использованию транспорта и транспортных средств; - участвовать в работах, связанных с испытаниями автотранспортных средств и оборудования и внедрением их в эксплуатацию; - разрабатывает методы технического контроля и испытания продукции и услуг; - участвовать в проведении научных исследований и выполнении технических разработок; - принимать участие в стендовых, промышленных и эксплуатационных испытаниях опытных образцов (партий) автомобилей, материалов и оборудования; - в условиях развития науки и изменяющейся социальной практики к переоценке накопленного опыта, анализу своих возможностей, уметь приобретать новые знания, используя современные информационные образовательные технологии.
Объем и сроки изучения дисциплины Дисциплина изучается в седьмом и восьмом семестрах в объеме 165 часов, в том числе 85 часов аудиторных занятий и 80 часов самостоятельной работы студентов Дисциплина изучается в седьмом и восьмом семестрах в объеме 165 часов, в том числе 85 часов аудиторных занятий и 80 часов самостоятельной работы студентов Лекции - 34 часа Лекции - 34 часа Практические занятия – 17 часов Практические занятия – 17 часов Лабораторные работы – 34 часа Лабораторные работы – 34 часа Курсовой проект Курсовой проект
Тема 1. Тягово- скоростные свойства
1.1. Основные понятия и определения Тягово-скоростными свойствами называют совокупность свойств, определяющих возможные по характеристикам двигателя или сцепления ведущих колес с дорогой диапазоны изменения скоростей движения и предельные интенсивности разгона автомобиля при его работе на тяговом режиме в различных дорожных условиях Тяговым принято считать режим, при котором от двигателя к ведущим колесам подводится мощность, достаточная для преодоления сопротивления движению
Методы оценки тягово-скоростных свойств могут быть использованы для решения двух задач: анализа определения скоростей, ускорений и предельных дорожных условий, в которых возможно движение автомобиля с заданными конструктивными параметрами, и синтеза определения конструктивных параметров, которые могут обеспечить заданные значения скоростей и ускорений в заданных дорожных условиях движения, а также нахождения предельных дорожных условий. Решение первой задачи называют поверочным тяговым расчетом, а второй проектировочным тяговым расчетом. Решение первой задачи называют поверочным тяговым расчетом, а второй проектировочным тяговым расчетом. Возможно также сравнение автомобилей по показателям тягово-скоростных свойств и оценка их технического уровня и качества по степени соответствия нормируемым или рекомендуемым значениям этих показателей. Возможно также сравнение автомобилей по показателям тягово-скоростных свойств и оценка их технического уровня и качества по степени соответствия нормируемым или рекомендуемым значениям этих показателей.
Оценочные показатели 1) максимальная скорость; 2) условная максимальная скорость; 3) время разгона на пути 400 и 1000 метров; 4) время разгона до заданной скорости; 5) скоростная характеристика разгон-выбег; 6) скоростная характеристика разгона на высшей передаче; 7) скоростная характеристика на дороге с переменным продольным профилем; 8) минимальная устойчивая скорость; 9) максимальный преодолеваемый подъем; 10) установившаяся скорость на затяжных подъемах; 11) ускорение при разгоне; 12) сила тяги на крюке; 13) длина динамически преодолеваемого подъема.
Максимальная скорость - V max. Условиями определения являются движение на высшей передаче по специальному измерительному участку с наибольшей скоростью при полной подаче топлива. По ГОСТ у полностью нагруженных грузовых автомобилей и автопоездов V max должна быть не менее 80 км/ч. По технико- эксплуатационным требованиям к грузовым автомобилям и автопоездам общего назначения нижний предел V max для одиночного автомобиля не менее 100км/ч, для автопоезда не менее 80 км/ч.
Условная максимальная скорость V max.усл это средняя скорость автомобиля на последних 400 метрах при его разгоне с места на участке 2000 м с полной подачей топлива и начале переключения передач при номинальной частоте вращения n N коленчатого вала двигателя. Этот показатель определяет верхний предел скоростных свойств на ограниченном пути.
Время разгона на заданном пути 400 и 1000 метров 400, 1000 и до заданной скорости V. Эти параметры определяют при разгоне в тех же условиях, в которых измеряют V max.усл. Время разгона на заданном пути 400 и 1000 метров 400, 1000 и до заданной скорости V. Эти параметры определяют при разгоне в тех же условиях, в которых измеряют V max.усл. Скоростная характеристика разгон-выбег. Характеристика определяется графиком V=f(t) и V=f(S), полученном при разгоне с места с полной подачей топлива до V мax на пути 2000 м и выбеге до остановки. При разгоне переключение передач от низшей до высшей осуществляется при частоте n N, затем быстрым выключением передачи автомобиль переводят в режим выбега. Скоростная характеристика разгон-выбег. Характеристика определяется графиком V=f(t) и V=f(S), полученном при разгоне с места с полной подачей топлива до V мax на пути 2000 м и выбеге до остановки. При разгоне переключение передач от низшей до высшей осуществляется при частоте n N, затем быстрым выключением передачи автомобиль переводят в режим выбега.
Скоростная характеристика разгона-выбега: 1 V=f(t); 2 V=f(S)
Скоростная характеристика разгона на высшей передаче Графические зависимости V=f(t) и V=f(S) на высшей передаче определяют эту характеристику. Разгон происходит от V мin до скорости соответствующей n N при резком и полном нажатии на педаль подачи топлива и удержании ее в таком положении до конца разгона. При наличии этой и повышающей передач эта скоростная характеристика определяется на прямой передаче.
Скоростная характеристика разгона на высшей передаче: 1V=f(t) 2 - V=f(S)
Скоростная характеристика на дороге с переменным продольным профилем Для оценки автомобилей работающих на магистральных дорогах холмистой местности, может быть использована эта характеристика, которая является частью комплексной топливно-скоростной характеристики. Она представляет собой зависимость средней скорости V cp от заданной максимально допускаемой скорости V дon при движении по специальной скоростной дороге автополигона НАМИ, заданной вероятностным распределением уклонов и некоторыми дополнительными условиями. При определении каждой точки этой характеристики движение происходит с возможно большей, но не превышающей V дon скоростью. Скорость V дon для грузовых автомобилей и автопоездов задается от максимальной до 30 км/час и должна быть кратна десяти. Движение происходит на возможно высшей передаче, а переключения на низшие передачи осуществляется в моменты, когда частота вращения коленчатого вала соответствует n N. Это же условие должно быть соблюдено при переключении передач в процессе разгона. По скоростной характеристике на дороге с переменным продольным профилем подсчитывают и наносят на график осредненный показатель (среднеинтегральная величина), характеризующий общий скоростной уровень АТС.
Минимальная устойчивая скорость V min определяется на высшей передаче. Минимальная устойчивая скорость V min определяется на высшей передаче. Максимальный преодолеваемый подъем i max. Подъем преодолевается на низшей передаче основной коробки передач при V=const и полной подаче топлива. По ГОСТ i max для одиночных грузовых автомобилей с полной нагрузкой должен быть не менее 25%, для автопоездов - 18%. Максимальный преодолеваемый подъем i max. Подъем преодолевается на низшей передаче основной коробки передач при V=const и полной подаче топлива. По ГОСТ i max для одиночных грузовых автомобилей с полной нагрузкой должен быть не менее 25%, для автопоездов - 18%. Установившаяся скорость V уcm на затяжных подъемах (определяется на заданном подъеме определенной длины). Она оказывает влияние на среднюю скорость движения автомобиля и транспортного потока в целом. Согласно ГОСТ грузовые автопоезда с полной нагрузкой при движении по сухому, твердому, ровному покрытию должны преодолевать подъем с уклоном 3% протяженностью не менее 3 км при V уcm30 км/час. Установившаяся скорость V уcm на затяжных подъемах (определяется на заданном подъеме определенной длины). Она оказывает влияние на среднюю скорость движения автомобиля и транспортного потока в целом. Согласно ГОСТ грузовые автопоезда с полной нагрузкой при движении по сухому, твердому, ровному покрытию должны преодолевать подъем с уклоном 3% протяженностью не менее 3 км при V уcm30 км/час. Ускорения j при разгоне (максимальные и средние на передачах), определяют потенциальные возможности транспортного средства при обгонах. Ускорения j при разгоне (максимальные и средние на передачах), определяют потенциальные возможности транспортного средства при обгонах. Сила тяги на крюке Р с (максимальная на низшей передаче). Параметр характеризует способность автомобиля к буксированию прицепов. Сила тяги на крюке Р с (максимальная на низшей передаче). Параметр характеризует способность автомобиля к буксированию прицепов.
1.2 Силы, действующие на автомобиль При определении скоростей и ускорений автомобиля или автопоезда принимают различные допущения как по составу системы (число масс, характер связей), так и по характеру движения. Автомобили с механической трансмиссией, имеют однозначную связь частоты вращения всех вращающихся масс с частотой вращения коленчатого вала двигателя. Изучая тягово-скоростные свойства автомобилей и автопоездов (в том числе и многозвенных), пренебрегают взаимными перемещениями всех отдельных масс, кроме относительного вращения деталей двигателя, трансмиссии и колес. Считается, что центр масс автомобиля (каждого звена автопоезда) совершает плоское движение, копируя продольный профиль дороги, без колебаний, вызываемых ее неровностями. На рис. 8 в качестве примера показан двухосный автомобиль, движущийся по плоскому участку дороги. Если продольный профиль дороги криволинейный, то автомобиль, кроме поступательного движения, совершает еще вращательное относительно проходящей через центр масс оси, перпендикулярной плоскости движения ( поперечная ось Су ). Проходящую через центр масс ось Сх, параллельную плоскости движения, называют продольной осью, ось Cz, перпендикулярную Сх и Су, направленную вверх, нормальной
Принимают, что все внешние силы, действующие на автомобиль, лежат в плоскости движения. Это позволяет вместо пространственной схемы рассматривать плоскую (велосипедную), заменяя у каждого из мостов два колеса одним. Скоростью и ускорением автомобиля или звеньев автопоезда называют скорости и ускорения их центров масс. Для их определения достаточно знать внешние силы, действующие на автомобиль. Определить некоторые внешние силы можно, зная соответствующие внутренние силы. К внешним силам относятся: сила тяжести, реакции дороги и аэродинамические реакции.
Сила тяжести. Ее величину и точку С (центр масс), можно определить по параметрам, приведенным в технических характеристиках и справочных материалах. В современных технических характеристиках обычно приводятся собственная (снаряженная) m б и полная m а массы автомобиля. Масса снаряженного автомобиля масса автомобиля без груза, полностью заправленного топливом, смазочными материалами и охлаждающей жидкостью, с запасным колесом, инструментом и оборудованием. Полная масса автомобиля включает еще массы водителя и груза по номинальной грузоподъемности грузового автомобиля (автопоезда) или массу пассажиров, число которых соответствует номинальной пассажировместимости легковых автомобилей и автобусов. Модули сил тяжести автомобилей, стоящих на горизонтальной плоскости при полной и снаряженной массе, равны соответственно G a =m a g; G б =m б g (g, м/с 2 ускорение свободного падения). Положение центра масс по длине определяется у двухосного автомобиля расстояниями а и b до геометрических осей вращения колес соответственно переднего и заднего мостов. Эти оси будем называть передней и задней осями автомобиля (прицепа). У трехосного автомобиля (прицепа) b расстояние от центра масс до оси балансира задней тележки. Расстояние a+b=L называют базой. Значения а и b могут быть найдены по параметрам, приводимым в технических характеристиках. Высота h g расположения центра масс приводится в справочной литературе.
Реакции дороги. Эти реакции считают приложенными к контактным поверхностям колес автомобиля. В каждой точке этих поверхностей действуют элементарные реакции, различные по величине и направлению, которые могут быть заменены равнодействующей реакцией и равнодействующим моментом. Разложим равнодействующие реакции и момент на три составляющие. При изучении тягово-скоростных свойств учитывают только продольные R x и нормальные R z составляющие, а также моменты M f, действующие в плоскости вращения колес. Для каждой оси изображается только по одной из указанных составляющих. Реакция R z равна сумме нормальных реакций, a R x сумме продольных реакций обоих колес оси. Силы и моменты, приложенные к той или иной оси, будем обозначать индексом номера оси, начиная с передней
Аэродинамические реакции. Действующие в каждой точке поверхности автомобиля различные по величине и направлению элементарные силы заменяют результирующей силой P w, приложенной в центре масс и результирующим моментом М w. На рисунке показаны только их составляющие Р в, P wz и М wy, действующие в плоскости движения. Основные силы, движущие автомобиль реакции R x на ведущих колесах, создаются за счет использования мощности двигателя. Исходными для определения реакций R x являются скоростные характеристики двигателя
Для оценки тяговоскоростных свойств автомобиля большое значение имеет характер кривой М к =f(n), имеющей максимум при частотах n Mmax n Ммах, увеличение нагрузки на двигатель, вызывая падение оборотов приведет к возрастанию М к. Если увеличение нагрузки вызывает уменьшение оборотов в пределах n N...n Mмax, то двигатель автоматически приспосабливается к изменению нагрузки, т.е. работает устойчиво. При одном и том же изменении нагрузки изменение частоты вращения, а следовательно и связанной с ней скорости движения автомобиля, будет тем меньше, чем выпуклее кривая М к =f(n), т.е. чем больше в каждой ее точке производная dM к /dn. Пределы изменения нагрузки на двигатель, соответствующей его устойчивой работе, т.е. способности автоматически приспосабливаться к изменениям нагрузки на колесах оцениваются запасом крутящего момента М з,(%) М з =(М к.мах -М кN )100/М кN = (М к.мах /М кN -1)100, где М к.мах =9550 N мaх /n N крутящий момент соответствующий частоте n N.
Отношение М к.мах /М кN =k х называется коэффициентом приспособляемости двигателя по крутящему моменту, а n N /n Ммах =k ω - коэффициентом приспособляемости по частоте. Чем больше k ω, тем шире диапазон устойчивой работы двигателя. Практика показала, что увеличение k ω при заданном значении n N улучшает топливную экономичность автомобиля. Значения пределов М з и k ω для различных двигателей: Значения пределов М з и k ω для различных двигателей: МзМзМзМз kωkωkωkω Карбюраторные двигатели ,5...2 Дизели (без наддува) ,4...2
где a, b и с - коэффициенты постоянные для данного двигателя. Принимая во внимание, что М кN =9550 N e /n, найдем М к = M кN [a+bn/n N -c(n/n N ) 2 ]. Для расчета показателей тягово-скоростных свойств, особенно с применением ЭВМ, удобно пользоваться не графическими, а аналитическими зависимостями N e =f(n) и М к =f(п). Зависимость N e =f(n) аппроксимируется формулой кубического трехчлена:
1.4 Кинематика и динамика автомобильного колеса Радиусами эластичного колеса условно называют параметры, имеющие размерность длины, входящие в формулы для определения кинематических и динамических величин, характеризующих процесс качения. Свободный радиус r с - половина диаметра наибольшего сечения беговой дорожки колеса не нагруженного внешними силами плоскостью перпендикулярной оси его вращения при отсутствии контакта колеса с опорной поверхностью. Точку, принадлежащую этому сечению, и оси вращения называют центром колеса. Статический радиус r ст - расстояние от центра неподвижного колеса, нагруженного только нормальной силой до опорной поверхности (дороги). Динамический радиус r д - расстояние от центра катящегося колеса до опорной поверхности (дороги). Радиус качения колеса r к - (кинематический радиус) отношение продольной составляющей поступательной скорости колеса V к к его угловой скорости к ; (r к =V к / к )
Радиусы одного и того же колеса изменяются в зависимости от нагрузки на колесо и давления воздуха в шине. Динамический радиус, кроме того, несколько увеличивается с увеличением частоты вращения колеса. В большей степени от этих параметров зависит кинематический радиус. С ростом крутящего момента он уменьшается, с ростом тормозного момента - увеличивается. При полном буксовании колеса r к =0; при полном скольжении (юзе) r к =.
Динамика автомобильного колеса при качении по недеформируемой поверхности
Эксплуатационные и потребительские свойстваавтомобилей Курс лекций Составитель к.т.н., доцент Пресняков Владимир Александрович