авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 | 4 |

Разработка методики поиска рациональных передаточных чисел трансмиссии с учетом эксплуатационных свойств и назначения автомобиля

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

УДК 629.113.001

БЛОХИН АЛЕКСАНДР НИКОЛАЕВИЧ

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ПОИСКА РАЦИОНАЛЬНЫХ
ПЕРЕДАТОЧНЫХ ЧИСЕЛ ТРАНСМИССИИ С УЧЕТОМ

ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ И
НАЗНАЧЕНИЯ АВТОМОБИЛЯ

Специальность 05.05.03 – Колесные и гусеничные машины

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук

Нижний Новгород – 2006

Работа выполнена на кафедре «Автомобили и тракторы» Нижегородского государственного технического университета.

Научный руководитель: кандидат технических наук, профессор Кудрявцев С.М.
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Наумов В.Н.
кандидат технических наук, профессор Селифонов В.В.
Ведущая организация: ОАО «ГАЗ»

Защита диссертации состоится «28» декабря 2006 г. в «14» часов на заседании диссертационного совета Д 212.165.04 в Нижегородском государственном техническом университете по адресу: 603600, г. Нижний Новгород,
ГСП-41, ул. К. Минина, д. 24, ауд. 1258.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Нижегородского государственного технического университета.

Автореферат разослан «27» ноября 2006 г.

Отзыв на автореферат с подписью, заверенной печатью организации, просим направлять в адрес ученого секретаря диссертационного совета.

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор технических наук, профессор Л.Н. Орлов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время в промышленности вводятся значительные энергетические и экологические ограничения. Основным потребителем энергии и основным источником загрязнения воздуха является автомобильный транспорт, объемы производства которого с каждым годом возрастают. Поэтому работы по повышению экономичности и экологической безопасности автомобилей имеют важное значение.

Главным источником вредных веществ отработавших газов автомобиля является двигатель. Расход топлива и выбросы отработавших газов во время движения автомобиля зависят от режима работы двигателя, задаваемого водителем и дорожными условиями, которые через трансмиссию воздействуют на двигатель. Таким образом, задаваясь характеристиками дорог и изменяя параметры трансмиссии (ее передаточные числа), для данного режима движения можно достичь минимальных значений расхода топлива и выбросов отработавших газов.

Ведущие автомобильные фирмы Европы, Америки и Японии уже давно предлагают большое количество разнообразных модификаций, созданных на основе базового автомобиля. Причем изменения в конструкции модифицированных автомобилей затрагивает не только изменение типа кузова, как наблюдается у отечественных производителей, но и шасси автомобиля, в частности трансмиссии. Сейчас на автосалонах и автомобильных рынках зарубежные производители предлагают покупателям автомобили с разнообразными комплектациями двигателей, коробок передач, ведущих мостов и наиболее подходящие для заданных условий эксплуатации.





Сказанное выше позволяет сделать вывод о необходимости создания и у нас в стране различных модификаций на основе базовой модели за счет изменения трансмиссии. При этом следует учитывать оперативно-функциональное назначение автомобиля и требования автомобильного рынка. В первую очередь это касается разработки семейств автомобилей, включающих в себя динамичные, экономичные и экологичные модификации.

Цель работы. Разработка методики поиска рациональных передаточных чисел трансмиссии с учетом скоростных, топливно-экономических, экологических свойств и оперативно-функционального назначения автомобиля.

На достижение поставленной цели направлено решение следующих основных задач:

  • разработка алгоритма поиска рациональных передаточных чисел трансмиссии с учетом показателей тягово-скоростных свойств, топливной экономичности, токсичности отработавших газов и оперативно-функционального назначения автомобиля;
  • разработка математической модели движения автомобиля при его малых отклонениях от прямолинейного движения на ровной дороге с учетом шести силовых факторов, возникающих в контакте колес с дорогой;
  • выбор, определение и получение уравнений регрессии в зависимости от передаточных чисел трансмиссии для комплексных оптимизируемых показателей тягово-скоростных свойств и топливной экономичности при разгоне автомобиля, установившемся движении, на магистрально-холмистой дороге, в рабочем цикле по Правилам ЕЭК ООН №83, городском и магистральном циклах по ГОСТ 20306-90, а также и выбросов СО, СН, СО2, NOX отработавших газов в указанных ездовых циклах;
  • разработка комплекса программных средств, необходимых для поиска рациональных передаточных чисел трансмиссии автомобиля;
  • оценка сходимости теоретических результатов с экспериментальными данными.

Объект исследования. Трансмиссии перспективных автомобилей категории N1 производства ОАО "ГАЗ" семейства «ГАЗель».

Предмет исследования. Тягово-скоростные, топливно-экономические и экологические свойства автомобилей.

Методы исследования. В теоретических исследованиях использованы методы аналитической механики, динамики неголономных систем, математического моделирования, планирования эксперимента, теории оптимизации, численные методы решения систем линейных и нелинейных дифференциальных уравнений.

Экспериментальные исследования автомобилей проводились на дорогах общего пользования, на автополигоне ОАО «ГАЗ», на стендах УКЭР ОАО «ГАЗ» с использованием специального испытательного и измерительного оборудования.

Научная новизна. При выполнении работы получены следующие новые результаты:

  • алгоритм выбора рациональных передаточных чисел трансмиссии на основе показателей, характеризующих эффективность работы автомобиля в ездовых циклах, на магистрально-холмистых дорогах и экологичность в нормируемых условиях;
  • впервые получены зависимости выбросов отработавших газов от передаточных чисел трансмиссии в городском и магистральном циклах по ГОСТ 20306-90 и рабочем цикле по Правилам ЕЭК ООН №83;
  • разработан комплекс программных средств, необходимый для реализации предложенной методики.

Основные положения, выносимые на защиту.

Из теоретических разработок – математическая модель автомобиля для исследования показателей эксплуатационных свойств при малом отклонении от прямолинейного движения на ровной дороге.

Из научно-методических разработок – методика поиска рациональных передаточных чисел трансмиссии.

Из научно-технических разработок – практические рекомендации по улучшению показателей эксплуатационных свойств и снижению выбросов токсичных компонентов и совершенствованию конструкций исследованных автомобилей.

Практическая ценность.

1. Разработанный комплекс программных средств позволяет определить показатели тягово-скоростных, топливно-экономических и экологических свойств в городских и магистральных циклах на дороге по ГОСТ 20306-90, а также в европейском рабочем цикле по Правилам ЕЭК ООН №83.

2. Проведен выбор различных вариантов сочетаний двигателей с трансмиссией, позволяющих расширить предлагаемое на рынках семейство автомобилей по оперативно-функциональному назначению.

3. Разработанные математические модели позволяют на различных стадиях проектирования автомобилей оценить достоинства и недостатки вариантов сочетания двигателя и трансмиссии и тем самым сократить объем и время доводочных испытаний, требующих больших материальных, финансовых и трудовых ресурсов.

Связь работы с крупными научными программами, темами. Основные положения диссертационной работы использовались при выполнении НИР по гранту А04-3.18-138 «Исследование тягово-скоростных, топливно-экономических и экологических свойств автомобиля от параметров силового агрегата», проводимому в 2004 г Санкт-Петербургским государственным университетом для аспирантов государственных образовательных учреждений высшего профессионального образования, находящихся в ведении Федерального агентства по образованию.

Реализация результатов работы. Результаты теоретических и экспериментальных исследований, а также комплекс программ внедрены и реализованы при разработке модификаций и перспективных автомобилей ОАО «ГАЗ» (г. Н. Новгород) в подразделениях УКЭР и УЦП; при разработке модификаций и перспективных автобусов ОАО «Павловский автобус» (г. Павлово); при разработке новых трансмиссий грузовых автомобилей и их модификаций в КБ автомобилей ООО «Русак» (г. Набережные Челны); в Нижегородском государственном техническом университете на кафедре «Автомобили и тракторы» в учебном процессе подготовки инженеров по специальности 190201 «Автомобиле- и тракторостроение» и магистров по направлению 190100 «Наземные транспортные системы».

Апробация работы. Основные положения работы и результаты исследований докладывались и обсуждались на VIII Нижегородской сессии молодых ученых (г. Н.Новгород, НГТУ, 2003 г.); на Всероссийской молодежной научно-технической конференции «Будущее технической науки нижегородского региона» (г. Н. Новгород, НГТУ, 2003, 2004 г.г.); на Международной научно-технической конференции, посвященной 40-летию кафедры «Автомобильный транспорт» НГТУ (г. Н. Новгород, НГТУ, 2003 г.); на Всероссийской научно-технической конференции, посвященной 50-летию кафедры «Строительные и дорожные машины» НГТУ (г. Н. Новгород, НГТУ, 2004 г.); на Международной научно-технической конференции, посвященной 70-летию кафедры «Автомобили и тракторы» НГТУ (г. Н. Новгород, НГТУ, 2005 г.).

Публикации. Материалы диссертационной работы представлены в 14 научных публикациях, в том числе 11 статьях, 2 тезисах научных докладов, 1 учебно-методической разработке.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных результатов и выводов, рекомендаций, списка использованных источников и приложений. Содержит 176 страниц основного машинописного текста, 40 рисунков, 29 таблиц, список использованных источников из 190 наименований, четырех приложений на 80 страницах, включающих нагрузочные характеристики двигателей, таблицы и графики результатов расчета, протоколы испытаний и акты внедрения результатов работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность решаемой проблемы и дана краткая аннотация работы.

В первой главе проведен обзор и анализ работ отечественных и зарубежных исследователей, посвященных тягово-скоростным, топливно-экономическим и экологическим свойствам автомобилей, а также рассмотрены существующие методики расчета, выбора и оптимизации передаточных чисел трансмиссии. В их числе Ю.Ю. Беленький, Г.Б. Безбородова, П.И. Бортницкий, И.Л. Варшавский, Д.П. Великанов, М.С. Высоцкий, Д.Е. Вохминов, А.И. Гришкевич, Н.Я. Говорущенко, Ю.Ф. Гутаревич, Н.В. Диваков, И.Ф. Дьяков, В.И. Ерохов, А.Н. Ефграфов, О.И. Жегалин, В.И. Задорожный, А.В. Звонов, Г.В. Зимелев, В.Н. Иванов, С.Н. Иванов, В.А. Иларионов, В.И. Кнороз, В.С. Крупченков, В.Ф. Кутенев, Б.А.Куров, В.Н. Кравец, С.М. Кудрявцев, И.М. Лурье, В.В. Московкин, Е.В. Михайловский, А.Н. Нарбут, Э.И. Наркевич, В.А. Петров, В.А. Петрушов, Ю.В. Пирковский, В.Ф. Платонов, А.А. Полунгян, И.А. Райков, В.В. Селифонов, В.В. Серебряков, Г.А. Смирнов, Е.М. Терехов, А.А. Токарев, В.А. Умняшкин, И.Н. Успенский, Б.С. Фалькевич, Н.М. Филькин, В.Б. Цимбалин, И.С. Цитович, Е.А. Чудаков, Е.В. Шатров, А.Г. Шмидт, С.А. Шуклин, Н.А. Яковлев, Ю. Якубовский, J.C. Hilliard, J. Kummer, G.S. Springer, J.Y. Wong и другие.

Сделано заключение о том, что в существующих методиках используются упрощенные уравнения движения автомобиля на плоскости, не учитывающие качение колес с деформируемой шиной и отклонение от прямолинейного движения. Поэтому были проанализированы работы исследователей, посвященных взаимодействию колес с дорогой. Среди них Л.В. Барахтанов, М.Г. Беккер, В.В. Беляков, В.С. Гоздек, М.В. Келдыш, А.В. Князев, М.А. Левин, Р.А. Мусарский,
В.Н. Наумов, А.С. Литвинов, Ю.И. Неймарк, А.А. Хачатуров, Н.А. Фуфаев,
R. Hadekel, W.B. Horne, D.L. Nordeen, R.F. Smiley и другие.

В рассмотренных работах получен математический аппарат для качения колеса в общем случае движения. В них колесо рассматривается на основе феноменологической и модельной теорий, но либо без взаимосвязи с другими узлами автомобиля, такими как трансмиссия, подвеска, кузов, либо при решении задач об устойчивости автомобиля как часть системы «дорога-шина-автомобиль-водитель», где вводятся определенные допущения, связанные со спецификой движения автомобиля, либо при рассмотрении движения на дорогах с деформируемым грунтом.

Анализ работ позволил сформулировать и обосновать задачи исследования, необходимые для достижения поставленной цели работы.

Вторая глава работы посвящена разработке методики поиска рациональных передаточных чисел трансмиссии с учетом показателей тягово-скоростных, топливно-экономических и экологических свойств и операционно-функционального назначения автомобиля.

В разработанной методике можно выделить семь этапов.

1) Первый этап методики – подготовка исходных данных к расчету, в качестве которых принимаются данные по конструкции автомобиля, двигателю, трансмиссии, дороге и оперативно-функциональному назначению автомобиля.

2) На втором этапе происходит аппроксимация внешней скоростной и нагрузочных характеристик двигателя полиномиальными зависимостями вида:

Фe(e,н)=А00+А10eотн+А01н+А20eотн2+А11нeотн+А02н2+…+Аn0 eотнn+

+А(n-1)1 eотн(n-1) н + А(n-2)2 eотн(n-2)н2 + …+ А1(n-1) eотн н (n-1) + А0nнn,

где eотн – величина, пропорциональная угловой скорости двигателя, eотн= e/1000, рад/с; н - нагрузка на двигатель (от 0 до 1); n – максимальная степень; Аij – коэффициент регрессии, соответствующий i-й степени оборотов, j-й степени нагрузки, определяемый на основе метода наименьших квадратов.

Функцией Фe(e,н) аппроксимируются мощность Pe, часовой расход топлива Gt, выбросы отработавших газов двигателя СО, СН, NOX, CO2 и коэффициент избытка воздуха.

Расчеты по характеристикам двигателей ЗМЗ-4062, ЗМЗ-4052, ЗМЗ-4063, ЗМЗ-4021, ЗМЗ-4026, ЗМЗ-4093, ГАЗ-5601, УМЗ-4215, УМЗ-4216, Iveco
Sofim-8140.27 и других, показали, что в зависимости от числа вводимых точек по нагрузке и угловой скорости двигателя, вполне достаточно аппроксимировать их нагрузочные характеристики полиномиальными зависимостями 4-й степени, а внешние скоростные – с 4-й по 12 степени в зависимости от размерности массива вводимых данных. При этом наибольшее несовпадение результатов аппроксимации с экспериментальными данными наблюдается на режимах малых нагрузок, близких к режиму холостого хода.

3) На третьем этапе методики происходит определение показателей тягово-скоростных свойств, топливной экономичности и токсичности отработавших газов путем моделирования движения автомобиля в циклах по Правилам
ЕЭК ООН №83, ГОСТ 20306-90, на магистрально-холмистой дороге, при разгоне и установившихся режимах движения с постоянной скоростью.

В соответствии с Правилами ЕЭК ООН №№ 68, 83, ГОСТ 22576-90,
ГОСТ 20306-90 и другими законодательными документами можно выделить не менее 25 оценочных показателей исследуемых эксплуатационных свойств. Использовать их все одновременно для нахождения рациональных передаточных чисел не целесообразно. Поэтому необходимо из оценочных показателей выделить комплексные, количественно учитывающие влияние скорости и расхода топлива на эффективность работы автомобиля. На основании обзора ранее выполненных работ в качестве комплексных показателей тягово-скоростных и топливно-экономических свойств выбраны:

1. Наибольшая скорость на магистрально-холмистой дороге

, (2)

где pi – вероятность появления уклона i; s – число рассматриваемых участков дороги; Vmaxi – максимальная скорость движения на i-том уклоне.

2. Показатель разгона, предложенный А.Н. Нарбутом и др.

d = Tp(1-Vср/Vк) = Tp(1-Sp/(TpVк)), (3)

где Tp – время разгона до заданной конечной скорости Vк автомобиля; Sp – путь разгона автомобиля; Vср – средняя скорость при разгоне; Vk – конечная скорость разгона.

3. Суммарный коэффициент эффективности работы автомобиля в циклах

, (4)

где эфгор, эфмаг, эфевр – соответственно коэффициенты эффективности работы автомобиля в городском цикле по ГОСТ 20306-90, в магистральном цикле по ГОСТ 20306-90 и в рабочем цикле по Правилам ЕЭК ООН №83, который состоит из четырех простых городских и внегородского циклов.

Коэффициенты эффективности работы автомобиля (%) определяются по выражению, предложенному А.А. Токаревым и Э.И. Наркевичем

, (5)

где Vсрi – средняя скорость движения в i-м цикле; Qsi – расход топлива в i-м цикле; mг – масса полезного груза; т – плотность топлива; С – коэффициент, зависящий от типа топлива.

4. Расход топлива при разгоне Qsр, предложенный А.Н. Нарбутом и др.

Qsр = 100Q/Sp, (6)

где Q – абсолютный расход топлива при разгоне, л; Sp – сумма отрезков пути разгона при движении на каждой из передач и отрезков пути, проходимых за время переключения каждой из передач, км.

5. Суммарный расход топлива на магистрально-холмистой дороге и при регламентированных скоростях движения V1 и V2

Qs = К1 Qsмаг-холм + К2 QsV1 + К3 QsV2, (7)

где К1, К2, К3 – коэффициенты значимости показателей, К1 + К2 + К3 =1; Qsмаг-холм – расход топлива на магистрально-холмистой дороге: , где Qsi – расход топлива на i-м уклоне, pi – вероятность появления i-го уклона; QsV1, QsV2 – расходы топлива при скоростях движения V1 и V2.

6. Выбросы отработавших газов СО, СН, NOx, СО2 в рабочем цикле по Правилам ЕЭК ООН №83, поскольку в нем они нормируются.

Для определения выбранных комплексных показателей и выбросов отработавших газов разработаны алгоритмы и на ЭВМ моделируются следующие режимы движения: в городском цикле на дороге по ГОСТ 20306-90; в магистральном цикле на дороге по ГОСТ 203060-90; в европейском рабочем цикле на стенде по Правилам №83 ЕЭК ООН; на магистрально-холмистой дороге с твердым покрытием и с распределением уклонов ±6 % по закону Коши, характерных для холмистого рельефа местности: , где D, D1 – постоянные коэффициенты, зависящие от категории рельефа; m – среднее значение распределения; разгон с полной подачей топлива и движение с постоянной скоростью при условии малого отклонения от прямолинейного движения на ровной дороге с усовершенствованным покрытием.

В работе осуществляется вывод уравнений движения автомобиля на основе уравнения Даламбера – Лагранжа:

, (8)



Pages:   || 2 | 3 | 4 |
 



Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.