Метод расчета тягово-скоростных характеристик автомобиля с гидромеханической трансмиссией на ЭВМ Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

МЕТОД РАСЧЕТА ТЯГОВО-СКОРОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК АВТОМОБИЛЯ С ГИДРОМЕХАНИЧЕСКОЙ ТРАНСМИССИЕЙ НА ЭВМ

Нгуен Хак Туан

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

E-mail: tuannkcn@tnut.edu.vn

A COMPUTER METHOD FOR CALCULATING THE TRACTION-SPEED CHARACTERISTICS

OF AUTOMOTIVE VEHICLE EQUIPPED WITH HYDROMECHANICAL TRANSMISSION

Nguyen Khac Tuan

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

АННОТАЦИЯ

В статье представлен аналитический метод изучения влияния структурных параметров трансмиссии на тя-гово-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 Nт и вращающего момента Mт на валу турбинного колеса от

частоты вращения турбины пы при полной подаче топлива в двигатель. Значения пт, Мт 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

Библиографическое описание: Нгуен Х.Т. Метод расчета тягово-скоростных характеристик автомобиля с гидромеханической трансмиссией на ЭВМ // Universum: Технические науки: электрон. научн. журн. 2018. № 3(48). URL: http://7universum.com/ru/tech/archive/item/5644

СП

Фч, б4

(даср^ Iс ^ ^-^М - м

р

МКП м к

ГП

Рисунок 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 МТ на турбинном колесе от частоты вращения пТ, 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].

N = Ne шах (1 - кво )

а+ Ь [ - с \

I ^

(1)

где а, Ь, с-коэффициенты зависят от типа и особенностей конструкции двигателя; кВО - коэффициент отбора мощности.

Крутящий момент на коленчатом валу двигателя определяется по формуле:

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

* = 1 + В

•г -г2

0 и '7")

1 - В гн

(3)

где: Вг, В2 - коэффициенты, характеризующие геометрию лопастной системы трансформатора; ен -степень использования рабочего объема насоса; I -передаточное отношение ГДТ.

Значения Вг, В2, ен, можно определить по формулам:

В = 1М (с*8Рн2 - ТА1^РА1);

2п

В2 = ^ (Г СёРт 2 - ^Рн 2 )

2п

ен = С0 х(е-Р + Ф- Гр )(2 + Р-р1 - 7ср12 )

1800 -Рн_-АРн -АРт . Х 900 ' 900 ' Р АД '

АРн = Рн 2 - Рн1; АРт = РТ 2 - Рт1; АР А = РА2 - Ра

где /м = - относительная длина проекции сред-

М =

60 • Ne 2 •п • и

60

2 • п • и

N ш^ (1 - кВО )

П

а+ Ь

(п. ^

(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, К = / (1); ? = / (1 ); 1Н = / (1 ) .

Эти характеристики обычно выводятся по результатам испытаний конкретных ГДТ [1; 3; 5].

ней линии канала насоса; /м - длина проекции средней линии канала насоса на меридиональную плос-_ г

кость; г =—— относительные радиусы рабочих ко' н 2

лес; г, - средние радиусы рабочих колес; Р{ - углы наклона лопаток колес. Индексы геометрических параметров трансформатора обозначают: Н - насос; Т -турбина; 1 - вход в колесо; 2 - выход из колеса; с0 -коэффициент, характеризующий отклонение действительной эпюры меридиональных скоростей от равноскоростей эпюр; х - коэффициент, характеризующий отклонение лопаток насоса от радиального направления; е=2,718; ф - коэффициент, характери-

к

И

т

Гн 2

зующий форму круга циркуляции; ( - относительная кривизна лопаток колес; 7 - соотношение средних арифметических радиусов турбины и насоса.

КПД трансформатора и коэффициент крутящего момента насоса определяется по формулам:

щ = К л (4)

_2

К = 10-6.1,78 -^г Уне{\ - Б1ен ) (5)

Значения Ун можно определить по формулам:

Ун = Рнср • 1М = (2 Ж гнср • Ънср -¥н ) • 1М ;

М„

60 • 4 2 • ж • п

'Я. тах I1 - Ко )

Мн-Кн •Р'

2 • ж • пн

30~~

= 0;

а П.+ь Щ - с [П.

= 0;

(7)

Искомые неизвестные в этих уравнениях Мн и пн: Зная значения Мн и пн, можно вычислять значения параметров выходных характеристик системы ДВС - ГДП:

где Ун - рабочий объем насоса; Енср - средняя суммарная площадь живых сечений каналов насоса; Ч/н - коэффициент стеснения лопатками живого сечения рабочего насоса.

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

Мн =К-р^н -А5

(6)

где Кн - коэффициент момента насосного колеса; р -плотность рабочей жидкости, Ба - активный диаметр ГДП.

При соединении насосного колеса с валом ДВС через согласующую передачу на установившемся режиме Мн=Ме. ¡с, пн=пе/ ¡с. Тогда на основе уравнений (2) и (6) получаем систему нелинейных алгебраических уравнений:

2 • ж • пт

пт = пн'1 ;МТ = Мн •К ; Рт = Мт--(8)

Затем вычисляют показатели тягово-скоростных свойств автомобиля следующим образом:

= Мт-Н-1о щт ; = _С

_ ж • пт а 30

г р - р

Рк -

(9)

О

О

где Рк - тяговая сила на ведущих колесах; Рс - сила сопротивления; Б - динамический фактор; Уа - скорость автомобиля; К - 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.

2

п

.

п„ = —

н

г

К

Колеса Р( г ран) г (т) Ьср (т) 1м (т) Ба (т)

вход (1) выход (2) вход (1) выход (2)

Н 80 110 0,0720 0,1315 0,0235 0,0820

Т 140 25 0,1315 0,0720 280

В этой статье была разработана программа для расчета тягово-скоростной характеристики с использованием программного обеспечения МаЙаЬ 2014. Результаты 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 ¡с.

-.1 1.6 1.4

i Z

CL -

S ^

£: o.a i—

o.e

0.4

DL2

Traction characteristic

\ \ ■ 1 ■ 1 I —»-- Pkl -Pk2

X ■ 1 ■ 1 I

; \ ! F 1 1 1.S ■ 1 ■ 1 I 1

■ 1 4--i—- 1

рЗ.О \ г ; J-V-I-- 1

1 1 "------т----- 1

1 1 I 1 1 1 |

1 1 1 I 1 1 !

- - : 20 25 30 35 4Э 45 Automotile Speed (km/h)

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

Результаты расчета тягово-скоростной характеристики автомобиля ГАЗ-21 с ГМТ при ¡=3,0 и ¡=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.

март, 2018 г.

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-скорост-ную характеристику автомобиля с ГМТ. Этот метод может быть применен на начальной стадии проектирования трансмиссии автомобиля с ГМТ.

Признательность

Мое исследование было поддержано Тхайнгуен-ским 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 с.

3. Кожевников B.C., Шарипов В.М., Шакиров Т.М. Выбор и определение параметров гидромеханических передач. - 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.