Метод расчета тягово-скоростных характеристик автомобиля с гидромеханической трансмиссией на ЭВМ

A computer method for calculating the traction-speed characteristics of automotive vehicle equipped with hydromechanical transmission
Нгуен Х.Т.
Цитировать:
Нгуен Х.Т. Метод расчета тягово-скоростных характеристик автомобиля с гидромеханической трансмиссией на ЭВМ // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2018. № 3 (48). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/5644 (дата обращения: 15.06.2021).
Прочитать статью:

АННОТАЦИЯ

В статье представлен аналитический метод изучения влияния структурных параметров трансмиссии на тягово-скоростную характеристику автомобиля с гидромеханической трансмиссией (ГМТ). Автором разработана программа для расчета тягово-скоростной характеристики с использованием программного обеспечения Matlab 2014 и произведены расчеты для автомобиля ГАЗ-21 с ГМТ.

ABSTRACT

The article presents an analytical method for studying the effect of the transmission's structural parameters on the traction -speed characteristics of a car with hydro-mechanical transmission. Developed a program to calculate the characteristics of the traction -speed using the software Matlab 2014 and carried out calculations for the car GAZ-21 with hydro-mechanical transmission.

 

Ключевые слова: гидромеханическая передача, двигатель, трансформатор, тягово-скоростная характеристика.

Keywords: hydro-mechanical transmission, engine, torque converter, traction characteristic.

  

1.  Введение

На автомобилях различных типов и назначений довольно широкое применение получили гидромеханические трансмиссии (ГМТ). ГМТ отличается от механической тем, что в ее состав дополнительно входит гидродинамическая передача (гидротрансформатор или гидромуфта). При наличии в трансмиссии гидротрансформатора (ГДТ) нельзя для расчета тяговой силы использовать методику, применяемую при расчете механической трансмиссии [1; 6], так как гидропередача не обеспечивает однозначной зависимости между частотой вращения коленчатого вала и турбины, жестко связанной с ведущими колесами. Поэтому для построения тяговой характеристики автомобиля необходимо использовать выходные характеристики системы ДВС-ГДТ. Эти характеристики представляют собой зависимости мощности NT и вращающего момента MT на валу турбинного колеса от частоты вращения турбины nN при полной подаче топлива в двигатель. Значения nTMT можно получить либо непосредственно из графиков [1; 3-6], либо вычислить аналитически. Однако использование графических методов для построения выходной характеристики трансформатора займет много времени для анализа влияния конструктивных параметров трансмиссии на тяговую характеристику автомобиля с ГМТ.

В настоящей работе представлен аналитический метод расчета тягово-скоростной характеристики сопротивления автомобиля с ГМТ с использованием программного обеспечения Matlab 2014. Этот метод обеспечивает быстрые и точные расчеты и позволяет изучить влияние конструктивных параметров трансмиссии на тяговую характеристику автомобиля с ГМТ.

2. Материал и методика работы

 

Рисункок 1. Схема гидромеханической трансмиссии

 

На рисунке 1 показана общая схема трансмиссии заднеприводного автомобиля с колесной формулой 4x2. Здесь ДВС – двигатель внутреннего сгорания; СП – согласующая передача; ГДТ – гидродинамический трансформатор; Н – насосное колесо; Т – турбинное колесо; Р – колесо реактора; МКП – механическая коробка передач; ГП – главная передача.

Для расчетов тягово-скоростных свойств автомобиля с ГМП, особенно с применением ЭВМ, удобнее пользоваться не графическими зависимостями мощности и крутящего момента MT на турбинном колесе от частоты вращения nT, а аналитическими. Чтобы определить координаты точек совместной работы ДВС и ГМП аналитическим методом, поступим следующим образом.

Предположим, что внешняя скоростная характеристика ДВС описывается уравнением, предложенным С.Р. Лейдерманом [1; 5; 6].

                                        (1)

где abc-коэффициенты зависят от типа и особенностей конструкции двигателя; kВО – коэффициент отбора мощности.

Крутящий момент на коленчатом валу двигателя определяется по формуле:

              (2)

Для определения выходных характеристик системы ДВС-ГДТ нужно знать безразмерную характеристику ГДТ. Безразмерная характеристика ГДТ определяет зависимость коэффициента полезного действия, коэффициента трансформации от передаточного отношения, . Эти характеристики обычно выводятся по результатам испытаний конкретных ГДТ [1; 3; 5].

Чтобы было удобно рассчитать на ЭВМ, рассмотрим упрощенный метод [1] определения безразмерной характеристики ГДТ. По упрощенной методе для определения коэффициента трансформации используем зависимость [1]

                                               (3)

где:B1B2 – коэффициенты, характеризующие геометрию лопастной системы трансформатора; eH – степень использования рабочего объема насоса;  – передаточное отношение ГДТ.

Значения B1B2eHможно определить по формулам: 

где  – относительная длина проекции средней линии канала насоса;  – длина проекции средней линии канала насоса на меридиональную плоскость; – относительные радиусы рабочих колес; ri  – средние радиусы рабочих колес; bi – углы наклона лопаток колес. Индексы геометрических параметров трансформатора обозначают: Н – насос; Т – турбина; – вход в колесо; 2 – выход из колеса; сo – коэффициент, характеризующий отклонение действительной эпюры меридиональных скоростей от равноскоростей эпюр;  – коэффициент, характеризующий отклонение лопаток насоса от радиального направления; е=2,718;  – коэффициент, характеризующий форму круга циркуляции;  – относительная кривизна лопаток колес;  – соотношение средних арифметических радиусов турбины и насоса.

КПД трансформатора и коэффициент крутящего момента насоса определяется по формулам:

                                                                           (4)

                                          (5)

Значения VH можно определить по формулам:

;

где VH – рабочий объем насоса; FHcp – средняя суммарная площадь живых сечений каналов насоса; YH – коэффициент стеснения лопатками живого сечения рабочего насоса.

Зная значение lН, можно определить вращающий момент насосного колеса ГДТ по формуле [3; 5; 6]:

                                                         (6)

где lН – коэффициент момента насосного колеса; r – плотность рабочей жидкости, Da – активный диаметр ГДП.

При соединении насосного колеса с валом ДВС через согласующую передачу на установившемся режиме МНеicnН=nеic. Тогда на основе уравнений (2) и (6) получаем систему нелинейных алгебраических уравнений:

   (7)

Искомые неизвестные в этих уравнениях МН и nН:

Зная значения МН и nН, можно вычислять значения параметров выходных характеристик системы ДВС – ГДП:

                                             (8)

Затем вычисляют показатели тягово-скоростных свойств автомобиля следующим образом:

                                       (9)

где  РК  – тяговая сила на ведущих колесах; РС – сила сопротивления; D – динамический фактор; Va – скорость автомобиля; Kw – фактор обтекаемости.

Решение формул (1-9) на ЭВМ с использованием программного обеспечения позволит быстро определить показатели тягово-скоростных свойств автомобиля и исследовать влияние параметров ГДТ и трансмиссии на тяговое качество автомобиля.

3. Результаты и их обсуждение

В качестве примера расчета взята трансмиссия автомобиля ГАЗ-21 с ГМТ [4; 6]. Геометрические параметры трансформатора приведены в табл. 1 [1].

Таблица 1.

Колеса

b ( гран)

r (m)

bcp (m)

lM (m)

Da (m)

вход (1)

выход (2)

вход (1)

выход (2)

H

80

110

0,0720

0,1315

0,0235

0,0820

 

T

140

25

0,1315

0,0720

   

280

 

В этой статье была разработана программа для расчета тягово-скоростной характеристики с использованием программного обеспечения Matlab 2014. Peзультаты расчета для автомобиля ГАЗ-21 приведены на рис. 2-6.

На рис. 2 и 3 представлена  внешняя скоростная характеристика ДВС и безразмерная характеристика ГДТ соответственно.

 

Рисунок 2. Внешняя скоростная характеристика ДВС автомобиля ГАЗ-21

 

Рисунок 3. Безразмерная характеристика ГДТ автомобиля ГАЗ-21

Рисунок 4. Характеристика системы ДВС-ГДТ

Рисунок 5. Выходная характеристика ГДТ

 

На рис. 4 показаны графики характеристики системы ДВС-ГДТ при разных значениях передаточного отношения ГДТ. На рис. 5 показаны результаты расчетов выходной характеристики ГДТ с разными значениями согласующей передачи ic.

 

 

Рисунок 6. Тягово-скоростная характеристика автомобиля ГАЗ-21 с ГМТ

 

Результаты расчета тягово-скоростной характеристики автомобиля ГАЗ-21 с ГМТ при i=3,0 и  i=1,8 представлены на рис. 6.

 Рассчитанные результаты для автомобиля ГАЗ-21 по указанному выше методу показывают, что при изменении входных параметров трансмиссии можно быстро получить выходную характеристику гидротрансформатора и также тягово-скоростную характеристику автомобиля. Поэтому этот метод подходит для выбора параметров трансмиссии автомобиля на начальной стадии проектирования трансмиссии автомобиля с ГМТ.

4. Выводы

Расчет тягово-скоростной характеристики автомобиля с ГМТ на ЭВМ с помощью программного обеспечения Matlab 2014 позволяет быстро вычислять результаты и анализировать влияние конструктивных параметров трансмиссии на тягово-скоростную характеристику автомобиля с ГМТ. Этот метод может быть применен на начальной стадии проектирования трансмиссии автомобиля с ГМТ.

Признательность

Мое исследование было поддержано Тхайнгуенским технологическим университетом для научного проекта T2016-106.

Acknowledgments

My research was supported by Thai Nguyen University of Technology for the scientific project  T2016-106.

 

Список литературы:
1. Автомобиле- и тракторостроение. Исследование трансмиссии автомобилей и тракторов: Республиканский межведомственный научно-технический сборник / Ред. Н. Натышева и др. – Минск: Вышэйшая школа, 1971. – 172 с.
2. Канунников С.В. Отечественные легковые автомобили. 1896-2000 гг. – М.: За рулем, 2008. – 496 c.
3. Кожевников B.C., Шарипов В.М., Шакиров Т.М. Выбор и определение параметров гидромеханических пе-редач. – М.: МГТУ МАМИ, 2002. – 66 с.
4. Лаптев Ю.Н. Динамика гидромеханических передач. – М.: Машиностроение, 1983. – 104 с.
5. Нарбут А.Н. Гидромеханические передачи автомобилей: Учебное пособие для вузов по специальности «Автомобиле- и тракторостроение». – М.: Гринлайт+, 2010. – 191 с.
6. Тарасик В.П. Теория движения автомобиля: Учебник для вузов. – СПб.: БХВ-Петербург, 2006. – 478 с.

 

Информация об авторах

канд. техн. наук, Тхайнгуенский технический университет, 251750, Вьетнам, г. Тхайнгуен, квартал Тич Люнг, д. 666

PhD. Thai Nguyen University of Technology, 251750, Viet Nam, Thai Nguyen city, Tich Luong ward, № 666

Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор), регистрационный номер ЭЛ №ФС77-54434 от 17.06.2013
Учредитель журнала - ООО «МЦНО»
Главный редактор - Ахметов Сайранбек Махсутович.
Top