Подвижной состав автомобильного транспорта

Министерство общего и профессионального обучения Российской Федерации.

Санкт-Петербургский Государственный

Инженерно-Экономический Университет.

Факультет Экономики и управления на транспорте.

Кафедра техники и организации перевозок.

Курсовой проект по дисциплине

“Подвижной состав автомобильного транспорта.”

Выполнил:

Поляков М. В.

Студент 281 группы

12 мая 2001 г.

Проверил:

к.т.н., доц. Марышев Р. А.

Санкт-Петербург

2001 г.

Микроавтобус РАФ-2203 выпускался Рижским опытным автобусным заводом на базе автомобиля ГАЗ-24 «Волга». Он относится к автобусам особо малого класса и использовался, в основном, как маршрунное такси, а так же оборудовался для нужд скорой медицинской помощи. В настоящее время данный автомобиль практически не используется, но его можно еще увидеть в качестве скорой медицинской помощи, а так же модернизированные грузо-пассажирские варианты «Рафика» у частных владельцев.

Цель курсовой работы – расчет различных характеристик автомобиля и их оценка. Курсовая работа состоит из следущих последовательно выплненых этапов:

расчет удельных показателей;

расчет внешних скоростных характеристик двигателя;

расчет тягово-скоростных характеристик автомобиля;

расчет характеристик разгона и торможения;

расчет мощностных и топливно-экономических характеристик.

Расчитанные значения характеристик сравнивались со значениями стендовых испытаний и по необходимости указывались причины их расхождения.

Таблица №1

Характеристики основных параметров.

Характеристика двигателя: ЗМЗ-2203, карбюраторный, 4-х тактный, верхнеклапанный с принудительным воспламенением и водяным охлаждением.

Тип автомобиля: дорожный, микроавтобус, с двигателем переднего расположения, рамной конструкции.

Тип подвески: передняя – независимая, пружинная с поперечными рычагами, 2 амортизатора; задняя – зависимая, на полуэллиптических рессорах, 2 амортизатора.

Тип коробки передач: 4-х ступенчатая, синхронизаторы на всех передачах переднего хода.

Тормозная система: 2-контурная с гидравлическим приводом, с 2 вакуумными усилителями, барабанными механизмами (D=280 мм, ширина колодок – 50 мм), разжим кулачковый; стояночный тормоз – на тормоза задних колес с механическим приводом.

Рисунок 1.

Компоновочная схема автомобиля

Обозначения:

1. двигатель;
2. сцепление;
3. коробка передач;
4. карданная передача;
5. главная передача и дифференциал;
6. рулевое управление;
7. задняя подвеска автомобиля;
8. задняя полуось;
9. ведущие колеса;
10. веромые колеса;
11. передняя подвеска автомобиля.

Эффективность конструкции микроавтобуса РАФ-2203-01 можно охарактеризовать рядом частных показателей и сравнить их с показателями другого микроавтобуса. Таким образом сравним конструкцию РАФ-2203-01 с конструкцией УАЗ-2206.

Таблица №2

Сравнительные удельные показатели эффективности автомобиля

По рассчитанным удельным показателям можно оценить эффективность конструкции микроавтобуса РАФ-2203:

1. Микроавтобус РАФ-2203 относится к автобусам особо малого класса и использовался как маршрутное такси, а так же оборудывался для скорой медицинской помощи и других надобностей. Это целевое назначение микроавтобуса РАФ-2203 обусловленно его колесной формулой (4х2.1), его проходимостью и вместимостью пассажиров (до 11 человек). Особенность конструкции состоит в том, что он базируется на шасси легкового автомобиля. Отсюда его динамика, большая, по сравнению с микроавтобусом УАЗ-2206, маневренность и скорость – 125 км/ч.

Микроавтобус УАЗ-2206 относится к автобусам местного сообщения. Эта машина, с двумя ведущими мостами, может перевозить не более 10 человек и до 200 кг груза, развивать скорость до 95 км/ч.

Составим таблицу, по каторой можно будет судить о проходимости и маневренности двух микроавтобусов РАФ-2203-01 и УАЗ-2206.

Таблица №3

Сравнительная характеристика

проходимости и маневренности автомобилей

Из приведенных в таблице №3 данных видно, что микроавтобус РАФ-2203 является более более маневренным, чем УАЗ-2206, но менее проходимым.

1. По значениям показателя удельной мощности можно оценить запас мощности двигателей двух микроавтобусов. Так как значение этого показателя для микроавтобуса РАФ-2203 больше, чем для УАЗ-2206, то это означает, что двигатель автомобиля РАФ-2203 обладает большим запасом мощности, чем двигатель автомобиля УАЗ-2206.
2. Так ка для обоих микроавтобусов значение отношения хода поршня к диаметру цилиндра равно 1, то можно предположить, что двигатели, устанавливаемые на этих автобусах, с небольшой долей вероятности относятся к быстроходным.

Таблица №4

Исходные данные для расчета внешних характеристик двигателя.

Внешние скоростные (стендовые) характеристики двигателя, представляющие собой зависимости от частоты вращения коленчатого вала мощности Ne(n), крутящего момента Me(n) и удельного эффективного расхода топлива ge(n), рассчитываются для всего возможного диапазона оборотов n и наносятся на график . Расчет выполняется по формулам:

Ne(n) = Nmax*(a1* X + a2*X2 - a3*X3), ( 1 )

Me(n) = 9554 * Ne(n) / n , ( 2 )

ge(n) = gmin *(bo - b1*X + b2*X2)/c, ( 3 )

где X = n / nmax, c = bo - b12/(4*b2).

Расчет характеристик двигателя при n=1400 об/мин.

X=1400/4500=0,3111

Ne(1400)=72,1*(1*0,3111+1*0,31112-1*0,31113)=27,24 кВт

Me(1000)=9554*27,24/1400=185,88 Н*м

ge(1000)=285,6*(1,2-1*0,3111+0.8*0,31112)/(1,2-1*1/(4*0.8))=310,96 г/кВт*ч

Таблица №5

Расчетные значения внешних скоростных характеристик

Рисунок №2

Внешние скоростные характеристики.

Из представленных в таблице №5 и на графике данных видно, что стендовые и расчетные значения характеристик совпали. Это свидетельствует о точности формул, по которым рассчитывались внешние скоростные характеристики.

Тягово-скоpостные характеристики, к которым относятся скорость движения, тяговые усилия на ведущих колесах и динамический фактор автомобиля, определяются по рассчитанным внешним скоростным характеристикам. Расчет выполняется для всех передач, и на основании полученных результатов делается заключение о тяговых и динамических свойствах автомобиля. В проекте представлены в табличном и графическом виде следующие характеристики:

- скорости движения на разных передачах;

- тяговые усилия на ведущих колесах на разных передачах;

- силы сопротивления движению;

- динамический фактоp на разных передачах при полной и частичной загрузке автомобиля (динамический паспорт).

Расчет состоит в вычислении в заданном диапазоне частот (700 – 5600) вращения коленчатого вала n, скорости движения автомобиля V(n), тяговых усилий на ведущих колесах Pk(n), сил сопротивления движению Pf(n) и Pw(n), динамического фактора по тяге Dk(n) и сцеплению колес Df(n) на разных передачах по формулам:

0.378 * n * Rk

V(n) = ; ( 4 )

Uкп * Uo

Pk(n) = Me(n) * Uкп * Uo * тр / Rk ; ( 5 )

Pf(n) = 9.81 * Ga * f(V); ( 6 )

где f(V) = fo * ( 1 + V(n)2/19500 );

Pw(n) = kw * Fв * V(n)2/13; ( 7 )

где Fв = 0.78 * Bа * Hа - для легковых автомобилей;

Pk(n) - Pw(n)

Dk(n) = ; ( 8 )

9.81 * Ga

9.81 * Gвк * - Pw(n)

D(n) = . ( 9 )

9.81 * Gвк

Радиус качения колеса можно определить исходя из обозначения устанавливаемых на автомобиле шин по формуле

Rk = ( dп/2 + bп*kh ) *ш,

где ш - коэффициент деформации шины (0.93 ... 0.95);

dп - посадочный диаметр колеса, м;

bп - ширина пpофиля шины, м;

kh - коэффициент, определяемый отношением высоты пpофиля шины к его шиpине (kh= 0.9 ... 0.92 - для легковых

На графике тяговой характеристики должна быть показана величина силы суммарного дорожного сопротивления, характерная для данного типа автомобиля, определяемая по формуле

P = 9.81 * Ga * . ( 10 )

коэффициент суммарного сопротивления дороги определяется по формуле

fo + , ( 11 )

где - профильный уклон дороги, %.

Для дорог различных категорий установлены следующие максимально допустимые продольные уклоны :

для первой категоpии = 0.03;

для второй категоpии = 0.04;

для третьей категоpии = 0.05;

для четвертой категоpии = 0.06;

для пятой категоpии = 0.07.

Таблица №6

Исходные данные для расчета тягово-скоростных характеристик.

Расчет радиуса качения колеса (маркировка – 185/82R15)

Коэфдефш.=0,95

dп=15*25,5=0,378 м

bп=0,185

kh=0,9

Rk=(0,378/2+0,185*0,92)*0,95=0,341

Расчет для первой передачи для n=1400 об/мин.

V(1400)=(0,105*1400*0,36)/(3,5*3,9)=13,23 км/ч

Pk(1400)=185,8*3,5*3,9*0,9/0,341=6692 Н

Pf(1400)=9.81*2710*(0.018*(1+13,22/19500))=482,8 Н

Pw(1400)=0.3*(0.78*1.97*1.94)*13,22/13=11,4 Н

Dk(1400)=(6692-11,4)/(9.81*2710)=0.251

Dкоэфсцеп(1400)=9,81*1435*0,8-11,4)/(9,81*1435)=0,798

На график динамической характеристики наносятся значения f0 и в том же масштабе, что и Dk. Величена f0 определяет передачу, на которой автомобиль может равномерно двигаться по ровной дороге.

Максимальный подъем, который способен преодолеть автомобиль, определяется по формуле:

α=-f0

Максимальная величина дорожного сопротивления, преодолеваемого на

- первой передаче: 1=0,256

- второй передаче: 2=0,165

- третьей передаче: 3=0,103

- четвертой передаче: 4=0,07

Максимальный подъем, который способен преодолевать автомобиль на:

- первой передаче: α=0,256-0,018=0,238

- второй передаче: α=0,147

- третьей передаче: α=0,085

- четвертой передаче: α=0,052.

Сила суммарного дорожного сопротивления:

Pсум=9,81*2710*(0,018+0,03)=1276,1 Н

Для определения динамических параметров частично загруженного автомобиля строится номограмма. Необходимо построить номограмму для загрузки автомобиля от) до 100%. Масштаб шкалы m0 находится по формуле:

m0= m100*G0/Ga

где m100 – масштаб основной шкалы Dk(n) для полностью загруженного автомобиля.

m0=2*1815/2710=2,7 см

На основании совместного гравика Df и f0, определяется возможность движения автомобиля по заданной дороше по условию:

f0≤Dk≤Df

0.018≤Dk≤Df

Таблица №7

Результаты расчета тягово-скоростных характеристик.

Рисунок №3

На основании выполненых расчетов, делается вывод о тягово-скоростных качествах микроавтобуса РАФ-2203. Максимальныя скорость движения, согласно графику, - 136 км/ч.Максимальная скорость движения, зафиксированныя при испытаниях, - 125 км/ч. Это различие в скоростях объясняется погрешностью округления расчетов, неточностью формул.

По номограмме можно также определить запас силы тяги при различной загрузки микроавтобуса.

Рисунок №4

К характеристикам разгона и торможения, подлежащим расчету, относят­ся следующие:

- ускорения автомобиля на разных передачах;

- скорости, при которых происходит переключение передач;

- время и путь разгона до предельной скорости;

- тормозной и остановочный путь автомобиля.

Для вычисления перечисленных характеристик используются результаты тягового расчета на передачах. Ускорения автомобиля на дороге с уклоном = 0 % определяются по формуле

Dk(n) - f(V)

Jk(n) = 9.81 ,

Yk

Iш + Iдв * Uкп2 * Uo2 * тр

где Yk = 1 + , коэф. учета

Ga * Rk2 вращающихся масс

Iш и Iдв - моменты инерции двигателей автомобилей и шин.

Для автомобиля РАФ-2203: Iдв=0,34 кг*м2; Iш=4,8 кг*м2

Расчет ускорений выполняется для всех передач и для всего диапазона скоростей. Результаты расчетов занесены в таблицу №8 и отображены на графике.

Таблица №8

Результаты расчета ускорений автомобиля.

Рисунок №5

Вpемя разгона автомобиля на k-й передаче находится по формуле:

tpk = tk + tпk ,

где tk – время движения на передаче, с; tпk – время переключения передачи,с; tпk=0,5.

Время движения с ускорение на k-ой передаче tk, можно найти по формуле:

,

гдеVн и Vк – скорости начала и конца разгона на передаче.

Приближенно время разгона можно найти суммированием элементарных временных интервалов, на которых можно полагать ускорение постоянным. Эти временные интервалы dtj (с) будут равны отношению приращения скоростей движения dVj (м/с) к средним за интервал ускорениям Jcpj (м/с2)

n n dVj n 2*(Vj – Vj-1)

tk = dtj = = ,

j=1 j=1 Jcpj j=1 Jj + Jj-1

где Jcpj = 0.5*(Jj + Jj-1), J0 = 0.

Пpи расчете следует учитывать снижение скорости движения автомобиля при переключении передач на величину

dVп = 9.81 * tпk * f(V).

Поэтому начальная скорость движения после переключения передачи будет определяться по формуле

Vн = Vk – dVп.

Путь разгона автомобиля на k-й передаче находится по формуле:

Spk = Sk + Sпk ,

где Sk – путь движения на передаче, м;

Sпk – путь, проходимый автомо­билем при переключении передачи, м.

Путь разгона можно вычислить путем интегрирования ускорения

или приближенно, суммированием элементарных приращений пути dSj :

n n n (Vj + Vj-1)

Sk = dSj = Vcp dtj = dtj .

j=1 j=1 j=1 2

Путь, пройденный автомобилем за время переключения передачи, определяется по формуле

Sпk= 0.5 * tпk * (Vk + (Vk – dVп))

или с учетом выражения:

Sпk = (Vk – 0.5 * 9.81 * tпk * f(V)) * tпk ,

где Vk – конечная скорость на передаче

Результаты расчетов представленны в таблицах 9 и 10.

По результатам расчета строятся графики времени и пути разгона в зависимости от скорости автомобиля.

Таблица №9

Интервал скоростей и характеристики переключения передач.

Таблица №10

Расчет времени и пути разгона автомобил на передачах.

Рисунок №6

Время и путь разгона автомобиля.

Теоретический тормозной путь подсчитывается по формуле:

Sт=Vт2/(2*9.81*φ),

Где Vт – скорость начала торможения м/с;

φ – коэффициент сцепления.

Остановочный путь определяется с учетом квалификации водителя, типа и состояния тормозной системы в эксплуатации и вычесляется по формуле:

So=Sт*Kэ+(tp+tт)*Vт,

где tp – время реакции водителя, tp=1,2c;

tт – время запаздывания срабатывания тормозной системы, tт=0,2с;

Кэ – коэффициент, учитывающий эксплуатационное состояние тормозов, Кэ=1,5с.

Расчет тормозного и остановочного путей производится для всего возможного диапазона скоростей движения микроавтобуса РАФ-2203 по горизонтальной дороге с коэффициентом сцепления φ=0,6. Результаты вычислений представленны в таблице №11 и на графике.

Таблица №11

Результаты расчета тормозного и остановочного пути.

Рисунок №7

Максимальное замедление автобуса и тормозные моменты на колесах в значительной степени определяются состоянием дороги.

Реакции между колесами и дорогой вычисляются по формулам:

Z1=9,81*(G1+(Ga* φ*Hg)/La),

Z2=9,81*(G2-(Ga* φ*Hg)/La),

где Z1 и Z2 – реакции между дорогой и, соответственно, передними и задними колесами, H;

G1 и G2 – масса автомобиля приходящаяся на передние и задние колеса, соответственно, Н;

Hg – вертикальная координата (высота) центра тяжести автомобиля, м, Hg=0,75;

La – база автомобиля, м.

Тормозные моменты на колесах вычисляются по формулам:

Мт1=Z1* φ*Rk;

Мт2=Z2* φ*Rk,

Где Rk – радус качения колеса, м.

Результаты расчетов представленны в таблице №12.

Максимальное замедлени находится по формуле:

Jmax=9,81*φ;

Jmax=9,81*0,6=5,89 м/с2.

Таблица №12

Тормозные моменты на колесах автомобиля.

Рисунок №8

Для проверки правильности расчетов вычисляется значение φ, соответствующее точке пересечения зависимостей Z1(φ) и Z2(φ). Это значение должно совпадать с вычисленным по формуле:

φ =(a-b)/(2*Hg),

где a и b – горизонтальные координаты центра тяжести автомобиля, вычисляемые по формулам:

a=La*G2/Ga; b=La*G1/Ga.

La=a+b

Проверка:

а=2,62*1436/2710=1,39; b=2,62*1275/2710=1,23

La=2,62

φ =(1,39-1,23)/(2*0,75)=0,16/1,5=0,11

Расчеты выполненыверно, т.к.вычесленное значение φ=0,11 совпадает с графическим значение φ.

Под мощностным балансом понимается распределение мощности двигателя по видам сопротивлений движению автомобиля с учетом потерь на трение. Исхлдными для расчета являются зависимости эффективной мощности Ne(n) и удельного эффективного расхода топлива ge(n) от частоты вращения коленчатого вала n и результаты тягового расчета.

Вычисление мощностных характеристик производится по следующим формулам:

1. Мощность, подводимая к ведущим колесам автомобиля:

Nk(n)=Ne(n)*ηтр,

где ηтр – КПД трансмиссии.

1. Потери мощности в трансмиссии на трение

Nт(n)=Ne(n)*(1- ηтр).

1. Мощность, затрачиваемая на преодоление сил сопротивления:

- воздуха Nw(n)=V(n)*Pw(n)/3600,

- качению Nf(n)=V(n)*Pf(n)/3600.

1. Запас мощности

Nз(n)=Nk(n)-Nw(n).

1. Мощность двигателя, необходимая дл равномерного движения автомобиля по горизонтальной дороге

Nрд(n)=(Nf(n)+Nw(n))/ ηтр

1. Путевой расход топлива

Q100(n)=(Kn(n)*ge(n)*Nрд(n))/(10*V(n)*Ro)

где Kn(n) – коэффициент, используемый для корректирования путевого расхода топлива в зависимости от нагрузки двигателя.

Kn(n)=2,054-1,724*(Nрд(n)/Ne(n))-0,774*(Nрд(n)/Ne(n))2+1,443*(Nрд(n)/Ne(n))3

Ro=0,725 г/см3 – плотность бензина

V(n) – скорость автомобиля, км/ч.

Таблица №13

Расчет мощностных и топливных характеристик.

По результатам расчетов мощностей и путевого расхода топлива, выполненых для всех передач, строится график мощностного баланса и график экономической характеристики автомобиля.

Определение значений Nk(n), Nт(n), Nw(n), Nf(n), Nз(n), Nрд(n), Q100(n) на первой передаче при частоте вращения каленчатого вала n=1400 об/мин:

Nk(n)=27.2*0.9=24.5 кВт

Nт(n)=27,2*(1-0,9)=2,72 кВт

Nw(n)=13,2*11,4/3600=0,0418 кВт

Nf(n)=13,2*482,8/3600=1,77 кВт

Nз(n)=24,5-0,0418=24,47 кВт

Nрд(n)=(1,77+0,0418)/0,9=2,02 кВт

Kn(n)=2,054-1,724*(2,02/27,2)-0,744(2,02/27,2)2+1,443*(2,02/27,0)3=1,92

Q100(n)=(1,92*310,9*2,02)/(10*13,2*0,725)=6,27 л/100км

Рисунок №9

Рисунок №10

С помощью мощностного баланса можно получить показатели динамичности микроавтобуса. Запас мощности можетбыть использован для преодоления повышенного сопротивления дорогиили разгона автомобиля. При полном полном открытии дроссельной заслонки карбюратора, максимальную скорость микроавтобус РАФ-2203 развивает, когда мощность, подводимая к ведущим колесам, равна мощности, затрачиваемой на преодоление сил сопротивления. При движении автомобиля по той же дороге, но с меньшей скоростью, водитель должен прикрыть дроссельную заслонку. В этом случае изменится величина мощности Nw, Nf и Nз. Знание показателя скорости движения дает возможность более точно спланировать перевозки пассажиров.

Топливная экономичность позволяет оценить расход топлива при движении.

Необходимо определить среднюю скорость, время движения и расход топлива при прохождении автомобилем заданного маршрута длинной 20 км.

Результаты вычислений и характеристики маршрута, включая состояние дорожного покрытия и длинну участков, приведены в таблице.

Суммарное дорожное сопротивление на участках вычисляется по формуле:

Ψ=fo+α,

где fo – коэффициент сопротивления качению, α - уклон дороги.

Время движения на маршруте определяется по формуле:

;

где Si – длинна i-го участка маршрута;

Vi – расчетная скорость на i-ом участке, км/ч

Ei=1 – поправочный транспортный коэффициент

n – количество участков.

Средняя скорость на маршруте вычисляется по формуле:

Vcp=Sm/Tcp,

где Sm – общая протяженность маршрута.

Количество топлива, необходимое для прохождения маршрута, определяется по формуле:

,

где Qi – путевой расход топлива на i-том участке.

Средний путево расход топлива на маршруте вычисляется по формуле:

Qcp=100Qm/Sm

Таблица №14

Расчет характеристик движения на маршруте.

Типы дорожного покрытия:

А – асфальтобетон в отличном состоянии;

Б – асфальтобетон в удовлетворительном состоянии;

В – булыжное в хорошем состоянии.

Время движения на маршруте:

Тср=2/(44*1)+0,5/40*1+1/110*1+1,5/91*1+0,5/30*1+2,5/110*1+2/44*1+5/44*1+4/91*1+1/30*1=0,359 ч ≈ 22мин

Средняя скорость на маршруте:

Vcp=20км/0,359ч=55,71 км/ч

Количество топлива, необходимое для прохождения маршрута:

Qm=0,01*(2*8,2+0,5*7,1+1*18+1,5*14,2+0,5*6,3+2,5*18+2*8,2+5*8,2+4*14,2+1*6,3)=1,91л

Средний расход топлива на маршруте:

Qcp=100*1,91/20=9,55 л

Силовой, мощностной балансы автомобиля и динамическая характеристика автомобиля позволяют оценить его динамичность, такой важный эксплуатационный показатель, как скорость движения автомобиля при заданных дорожных условиях. Поэтому курсовая работа ставит своей задачей расчет тяговых, динамических и мощностных характеристик автомобиля.

Расчетные значения всех характеристик сравниваются со значениями, полученными при стендовых испытаниях. В бошенстве случаев они не совпадают. Это объясняется погрешностью округления полученных значений, а так же неточностью формул, по которым расчитывались характеристики. Так же двигатель в процесса эксплуатации изнашивается и часть мощности расходуется на питание приборов или теряется при неустановившихся режимах работы двигателя.

1. «Краткий автомобильный справочник.»/ НИИАТ.М:Транспорт,1985.-224с
2. «Подвижной состав автомобильного транспорта: методические указания к курсовому проекту. Специальность 060813 – Экономика у управление на предприятии транспорта.»/Сост.: Е. И. Зайцев, Р. А. Марышев, Т. Г. Шульженко; СПбГИЭА.-СПб, 1999.-36с.
3. К.С. Фучатжи. «Автомобиль РАФ-2203 и его модификации. Руководство по ремонту. Каталог деталей»/ Арго-книга.М:Ассоциация независимых издателей,1998.-420с.

Введение. 2

1. Исходные данные для расчета и компоновочная схема автомобиля. 3

2. РАСЧЕТ УДЕЛЬHЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ АВТОМОБИЛЯ 7

3. Внешние скоростные характеристики автомобиля. 10

4. Тягово-скоростные характеристики автомобиля. 13

5. Разгон и торможение автомобиля. 22

6. Мощностной баланс и путевой расход топлива. 33

7. Расчет характеристик движения на заданном маршруте. 39

Заключение. 41

Список использованной литературы. 42

Содержание. 43