НАМИ Выпуск № 67 [№ 67]

Table of contents :
Введение......Page 4
Схема силовой передачи......Page 5
Свойства элементов силовой передачи и сопротивления движению......Page 6
Уравнения движения в процессе разгона......Page 12
Типовой расчет динамики и экономики автомобиля с гидродинамической муфтой......Page 29
Расчетная схема и уравнения движения......Page 36
Типовой расчет и пример расчета......Page 41
Литература......Page 46
Введение......Page 47
Общие сведения по импульсному режиму движения автомобиля......Page 48
Характеристики импульсного режима движения......Page 50
Расчетная схема......Page 51
Расчетные закономерности......Page 52
Расчет и построение характеристик импульсного движения......Page 55
Литература......Page 67

Citation preview

МИНИСТЕРСТВ О

МАШИН ОСТР ОЕНИ51 СССР

З НАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ О Р ДЕНА ТР УДОВОГО КРАС НОГО НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТ ЕЛЬСКИЙ АВТОМОБИЛЬНЫ Й И А ВТОМОТОРНЫЙ ИНСТИТУТ Н А М И

ВЫПУСК 67

ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ И ЭКОНОМИКИ АВТОМОБИЛЯ

а

МАШfИЗ

ГОСУДАl-'СТВЕННОЕ НАУЧНО-П::ХНИЧЕСКОJ.: ИЗД АТЕJ!ЬСТ ВО МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОЙ И СУДОСТIЮИТЕ.Г!hНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

М о с к вJ

14:)�

Канд. техн. наук Н. К. КУЛИКОВ Автор выпуска

Выпуск содержит две статьи. В первой статье изло­ жены метод расчета и элементы анализа динамических и экономических показателей автомобиля с гидроди­ намической передачей в процессе разгона. Вторая статья посвящена методу расчета расхода топлива авто­ мобилем при движении разгоном-накатом и анализу то­ пливной экономичности автомобиля при данном ре­ жиме движения. Работа предназначена для инженерно-технических и научных работников автобильной промышленности.

Р Директор

е д а к ц и о н н а я к о л л еНг и я: О С И ПЯ НАМИ канд. техн А. В. - ответственный редактор, Я Г наук З ИЛЬБЕРБЕРГ инж. . . - секретарь

Ч л е н ы р е д к о л л е г и и: БРИЛ И Н Г Г Г КАЛ ИШ . д-р техн. наук проф. Н , д-р техн. наук , И. Р. Я проф. ЕЗИН П Е . З Н ЕР В . М .К , д-р техн. наук . С. М , д-р техн. наук ЕВ, д-р Втехн. МА С. Р д-р техн. наук проф. М . М.НХРУЩ . О Й Й Я, И Снаук К О ЗЛ БРЫЗГ СА КИ О кандидаты техн. наук

и

, И. И. Н . . Л ЫТКИН

.

.

В

Редтсция литературы по автотр акторной промышленности Зав. редакцией инж. В. В. БРО КШ

канд. техн. наук Н. А.. НУЛИКОВ

РАС4ЕТ ДИНАМИКИ И ЭКОНОМИКИ АВТОМОБ И ЛЯ Й П ЕРЕДАЧЕ Й В П Р ОЦЕССЕ Р АЗГОНА ГИДРОДИНАМИЧЕСКО С В

статье разработан метод расчета динами ческих и эко­ ном ических показателей автом обиля с ги:�родин а м и ч ес к о й передачей в процессе разгона и у становившегося движения. Исследования проведены как для а втомобиля с гидродина­ м ической муфтой, та к и для автомобиля с гидроди н а м и че­ с к и м трансформаторо\1. Изложены т и п овые методы расчета дина м и ч е с к и х и э ко ­ номических показателей автомобиля; приведены расчеты динамики и экономики автомобилей ЗИМ и М-20 "Победа• (с автоматической коробкой п е р едач) .

ВВЕДЕНИЕ

Гидродинамическая передача (муфта . трансфор:.1атор) находит все бо льшее применение в сило в ы х передачах а втомобилей. Гидродинамическая передача а втомобиля явлнется в основном ме­ ханизмом для разгона. Расчет и п одбор параметров ее нужно п роизводить в первую оче­ редь с учето:.1 разгона автомобиля; с эти х же позиций нужно сравни­ вать и различные к ор обки передач автомобилей и автомобили в целом. Разгон любого автомобиля характеризуется динамическими и эконом ическими показателями . Как известно, все динамические показатели обычного а втомобиля со ступенчатой коробкой передач легко могут б ыть р ассчитаны по ме­ тоду, разработанному акад. Е. А. Чу даковым [ 1 3], или по другим методам [ 3], [ 6]. Экономические качества обычных а втомобилей со сту­ пенчатой коробкой передач в процессе р азгона также могут быть о пределены достаточно п росто \ 7 j. Для а втомобилей с гидродинамическими передачами до настоящего времени не существовало единых методов расчета динамики и эконо­ мики. Поэтому оценка качества автомобиля с гидропередачей и срав­ нение его с автомобилями, и меющими иные передачи , были затруднен ы . В частности, сравнение по к . п . д. передачи н осил о условный харак­ тер [1 4]. П одобное положение объяснялось двумя п ричинами . А втомобиль с гидропередачей в отношении динамики поступательного дви жения ·

533

3

представляет собой систему по меньшей мере с двумя степенями сво­ боды , в то в ремя как автомобиль без гидропередачи является системой< с одной степенью с вободы . Д иференциальные уравнения движения автомобиля с гидропередачей получаются при этом нелинейными, и совре менная математика не рас­ полагает аппаратом для их точного интегрирования. Поэтому эти урав­ нения можно интегрировать только приближенным способом. Н настоящем. выпуске изложен общий, достаточно точный метод интегрирования урав­ нений движения автомобиля, основанный на некоторых особых свой­ ствах системы . П о этому методу удалось с вести расчет динамики авто­ мобиля с гидропередачей по форме к расчету динамики автомобил� с обычной ступенчатой коробкой 1. С другой стороны, установление свойств автомобиля с гидропере­ дачей в процессе разгона было затруднено до известной степени вслед­ ствие отсутствия достаточно простого метода расчета расхода топлива в процессе разгона. В настоящее время такой м етод существует приме­ н ительно к автомобилям с любым видом передачи [ 7]. В соответствии с изложенным возможно подробное исследование динамических и эконо­ мических свойств автомобиля . ДИНАМИКА И ЭКОНОМИКА АВТОМОБ ИЛЯ С ГИДРОДИНАМИЧЕ С КОЙ МУФТОЙ

Схем а с иловой передачи

А втомобиль ЗИМ, выпускаемый Горьковским автомобильным заво­ дом имени Молотова, а также экспериментальные автомобили ЗИС-1 I О, 4

Фиг.

6

!. Общая схема силовой п е редачи авто­ мобиля с гидродина мической муфтой.

" Москвич", ЗИС-150 и меюr в силовой передаче гидродинамическую муфту. Гидродинамическая муфта установлена также на автомобиле­ самосвале М АЗ-525. 1 И м е ющиеся в литературе расчеты динамики автомобиля с гидродинами­ ческим трансформатором п роизведены приближен н ы м способом (в частности, коэфициент в р ащающихся м а сс берут постоя н н ы м и вычисляют по формуле, пригодной лишь для автомобиля со ступенчатой коробкой передач [9]). Это замечание относится и к обыч ному рас чету динамики автомобиля с ги­ дромуфтой.

4

Общая схема силовой передачи современного автомобиля с гидро ­ динамической муфтой и ступенчатой коробкой передач показана на фиг . 1 1• В эту схему включены: двигатель 1 автомобиля, гидродинамическая муфта 2. фрикционное сцепление 3, коробка передач 4, главная пере­ дача 5, ведущие колеса 6. Св ойств а элементо в с иловой передачи и сопротивления движению

Двигатель. В дальнейшем будем считать, что задана статическая мощностная характеристика двигателя (фиг. 2) и нагрузочные характе­ ристики двиrателя (фиг. 3 ) .

-

Ne

л.с.

20

-!

5

75

� г;л.с.ч. 800

10

400

5 о

600

3000

2.

300 п�

о5;мин.

Фиг. Хара ктеристика дuигателя авто­ мобил я "Москви ч " (дроссельная заслон �,а открыта полностью).

200 о

20

40

бО

80

"/oNe

Ф и г. 3. Н а грузочные хара ктеристики двигателя: !)

3)

"е

=

5UO

об/мин; 2) об/ми н ; 4)

5)

пе =2900

п= е

2UOO

2500 об/мин;

пе с� 900 пр=

об/,шн;

об/мин.

Кривую изменения крутящего момента в зависимости от ч исла обо­ ротов вала двигателя, показанную на ф иг . 2, можно с достаточной сте­ пенью точности рассматр ивать как к вадратичную параболу, и ее урав­ нение может быть записано в в иде 2 (1 ) Ме= М + ашr + Ьше, где Ме ше М, а и Ь

-

-

эффективный крутящий момент двигателя в 1.:г,it при работе на установившемся режиме; угловая скорость коленчатого вала двигателя в 1 / сск ; постоянные для данного открытия дроссельной заслонки вел ичины.

1 Описание конструкций перед а ч с гидромуфтой и �южно найти в работах [ 1 ] , [2], [5] , [8], [9], [ 1 0] .

гидротрансформ атором

5

Во время разгона автомобиля двигатель работает на неустановив­ шихся режимах и вследствие этого крутящий момент, определяемый по статической характеристике, будет отличаться от значения динами­ ческого крутящего момента, п ричем в общем случае, как эксперимен­ тально установлено [ 1 1 ) , [ 12) , для определенных чисел оборотов и нагрузки двигателя м ожет быть Мед� Ме. В большинстве же случаев динамический крутящий м омент Мед ока­ зывается меньше статического крутящего момента Ме. Степень расхо­ ждения этих величин зависит от степени отклонения неустановившегося режима от установившегося, т. е. от ускорения вала двигателя и от конструктивных параметров двигателя. В настоящее время точная аналитическая зависимость между Мед, Ме dw

ускорением вала двигателя se = d! еще не установлена, однако м ожет быть получено приближенное соотношение между ними. Если динамический крутящий момент зависит от ускорения вала двигателя, то неизвестную функцию Мед = f( se) и

можно представить в виде ряда Мед = а0

где

- эффективный

+ a1se +

2

a2s e

+ ... ,

(2)

крутящиti м омент двигателя, развиваемый при работе на неустановившемся р ежиме, или динами­ ческий крутящий момент в кгм; - неличины, не зависящие от угло вого ускорения se. а0, а1, а2, При установившихся режимах работы двигателя se =О и Мед== Ме, поэтом у коэфициент а0 в ряде (2) равен соответствующему статиче­ скому крутящему моменту (3) Следовательно, (4) Мед

.

.

•

По форм уле (4) можно при известных (из теории или эксперимен­ тов) коэфициентах а; вычислить с л юбой степенью точности величину динамического крутящего момента в зависимости от ускорения вала двигателя и статического крутящего момента. Если значения коэфициентов а; и ускорений таков ы , что допустимо о граничиться в формуле ( 4) только первыми двумя членами, то расчет может быть построен приближенно. В экспериментальных работах проф. Б. С . Фалькевича [ 12], канд. техн . наук Д. А. Рубца [ 1 1 ] показано, что динамический крутящий момент может быть в ы числен по приближенной фор м уле (5) где Л >О - постоянный коэфициент. В дальнейших расчетах будет использована приближенная фор­ м ула (5), так как сведений о других коэфициентах ряда (4) нет. б

Удельный расход топлива при неустановившемся р ежиме g·ед также отличаtтся от статического удельного расхода топлива ge. Точный закон изменения удельного расхода топлива при разгоне неизвестен . Зависимость м ежду удельным расходом топ,1ива и ускорением может быть выражен а также в виде ряда g·ед

где

cr,

В

=

ge

2

+ crse + cr1 se + . . . ,

(6)

cr1, . . . - в еличины , н е зависящие о т ве. линейном приближении формула ( 6) имеет вид f!:ед = ge + сrве.

( 7)

Эксперименты показы вают, что коэфици ент cr для данного двигателя по постоянной регулировке является п риблизительно постоянным, при­ чем а> О. Есл и выразить угловое ускор ение вала двигателя через ускорение автомобиля j, то формула (7) примет вид {;ед==

ge

+ cri0iк

.

-r-j' "

(8)

- радиус качения колеса в .м; п ередаточное число ступенчатой коробки пер еда ч ; i0 - пер едаточно е число главной передачи. Приближ енное соотношение между в еличинами динамического Q� и статического Q' часовых расходов топлива : Q� = Q' ( 1 + cr'se)· где

iк

r"

-

Так как часо вой расход топлива зависит от удельного расхода топлива и мощности двигателя то по предпосл едней формуле невозможно выяснить влияние величин gед и Nед в отдельности. Кроме того, влияние неустановившихся р ежимов на мощность двигателя уже учтено формулой ),

i� i

�

.

NN! .=Ne- if;-2-v;; r,

{

эта фо�:.�мула вытекает из формулы (5). Кроме этого, нужно учесть измен ение удельного расхода топлива отдельно. Использование для расчета данных формулы (7) не противоречит в первом приближении опытам [11], [12], если выбrать соответствующую величину cr. Гидродинамическая муфта. Крутящие м оменты на валу насоса и на валу турбины равны м ежду собой по абсолютноtl в еличине ( если н е учитывать малые механические потери и массу жидкости) и равны кру­ тящему моменту, п ер едаваемому гидромуфтой:

М1 =М2=Мп, где М1 - крутящий момент на входном валу гидропередачи в

кг.м;

(9 ) 7

JV12 - крутящий момент на

выходном валу гидропер едачи в (абсолютная в еличина ); Мп - крутящий момент, п ер едаваемый гидромуфтой, в f(ZM. Передава е\1ый муфтой крутящий момент р авен [8) 5 2 Мп = )лi1D11l1 = )'nill2e,

D1

J{ZA1

(10)

- диаметр рабочих колес гидропередачи в .м; 1--удел ьный вес рабочей жидкости в f(z/м3; 2 Ап - коэфициент крутящего момента п ер едачи в f(г.мсе/{ ; Л1 - коэфициент п ер вичного крутящего момента гидропередач, за­ висящий or передаточного числа гидропер епачи, в .иин2Jм· 062. Коэфициент Л1 практически зависит только от в еличины скольже­ ния S в гидромуфт е, которую вычисляют с помощью соотношения где

(11)

где 111 =пе - число оборотов в минуту входного вала rидропередачи ; n2 - число оборотов в минуту выходного гидропере­ вала 0,2 0,4 ·о дачи; Фи г. 4. К о э ф и ци с н т крутящего МО\1ента Ф 1 - угловая скорость гидромуфты. ВХОДНОГО вала гид­ ропередачи в 1 /с ек ; вала гидропер едачи в 1 /сек . угловая скорость выходного ш2Коэфициент /,п крутящего момента гидромуфты зависит от в ел ичины ),1 , удельного в еса r рабочей жидкости и диаметра D1 рабочих колес гидромуфты : ( 12) 4

На фиг. 4 показано изменение коэфициента

/,1

в зависимости от

величин ы � = .!!1- = 1 - S для гидромуфты НАМИ, установленной на in п1

а втомобил е "Москвич " [2]. На фиг. 15 дана кривая ),п f ( 1 - S) для а втомобиля ЗИМ 1 . Кривые коэфициента ),1 для других автомобильных гидромуфт по своей фор м е близки к кривым, показанным на фиг. 4 и 15. При расчетах обычно пользуются кривой коэфициента ),п крутящего момента гидромуфты, построен ной на основании кривой Л1 = / ( 1 - S) . =

1 Кривая ),п f (1 для а втомобиля З М нолу чена путе м пересчета кри в ой зависи мости скольжения в гидромуфте от числа оборотов n2, предста ­ вленной Горь к о в с к и м авто�юбильным заводом и м ени В. М. Мо л ото ва . =

8

S)

И

Для аналитического исследования работы гидромуфты можно исполь­ зовать аналитическое выражение для коэфициента крутящего момента

(13) pS- qS2 + rS3, ),1 где р, q, r - постоянные для данной муфты коэфициенты. По фор­ муле (13) коэфициент ),1 может быть вычислен с высокой степенью точ­ ности; в некоторых случаях :.южноиспользовать упрощенную формулу дляЛ1: =

),1

= pS.

.или даже (при малых S) 1\.

),1 = pS - qS2,

(15)

Пz

(14)

11L=S'=T-7; 1

п. д. гидродина:v�ической муфты

lп

/(/1=4 'п

равен

( 16)

----- п:------

к

r------- 1-------о-
210 7900 б ! ОО

1

8

г/л. с. ч. Кеср

310 27.'i 300 275 2БО 310

1

в

1

в

"zсек' / М' н а НЮ к м w Q л

0,061 0,053.'i 0, 1 94 0,203 0,222 0,234

3,15 4,09 9,61 1 3,64 17,80 17,13

1

1

1

в

z1cp

клr/час

27,8 27,9 23,8 27,8 24,8 22,7

П р и м е ч а н и я: 1 . д,1 н автомобилей , Мо с кви ч " и М-20 " Победа " вес дан водител е м и одним пассажиром. 2. Удел ь н ы й вес бензина т = 0,7.'i кг/л.

Величина ge ер взята из справочника " Советсl(ие ав гомобил и " В . И . Анохина , Машгиз, 1 949. В е с О и величина W заимствованы из работы " Теория автомобиля " .t: . А. Чудакова. Из сравнения табл. 1 и 2 видно . что опытные водители дос rигают лри соревнованиях результатов,. которые характерны для автомобилей лри некотором среднем техническом состоянии их. Небольшие расхожде­ ния расчетных и фактических данных объясняются мастерством вожде­ ния и р азличной степенью совершенства подготовки автомобиля.

При.мер расчет а импульс но го движен ия ав т о.мобиля М-20 " Победа " Характеристики двигателя взяты из книги В. И . Анохина " Советские