Расчет тягово-экономических характеристик автомобиля МАЗ 53371

1 Алгоритм расчета  тяговой динамики и топливной  экономичности проектируемого автомобиля

В данном курсовом проекте должны быть рассчитаны показатели и построены следующие графические характеристики  проектируемого автомобиля:

- внешняя скоростная характеристика  двигателя;

- график силового баланса;

- график мощностного баланса;

- динамическая характеристика;

- график ускорений;

- график пути и времени  разгона;

- топливно-экономическая  характеристика.

Двигатель является основным источником энергии, необходимой для  движения автомобиля. Мощностные и экономические показатели двигателя определяются его характеристиками. Наиболее важные из них: скоростные, нагрузочные и регулировочные. Скоростные характеристики - зависимости эффективной мощности и эффективного крутящего момента от частоты вращения коленчатого вала.

Двигатели имеют  два типа скоростных характеристик: внешнюю (предельную) и частичные. Внешнюю скоростную характеристику получают при полной нагрузке двигателя. Тягово-скоростные свойства автомобиля определяют по внешней скоростной характеристике.

1.1 Внешняя скоростная  характеристика  двигателя при рассчитывается по формуле профессора  С.Р. Лейдермана:

        

                       (1.1)

где n_e- текущее значение частоты вращения коленчатого вала;

- текущие мощности двигателя;

- максимальное значение мощности  двигателя;

a,b,c - коэффициенты, учитывающие тип двигателя, форму камеры сгорания,

 для карбюраторных  двигателей a=b= с=1;

для дизельных двигателей a =0,53, b = 1,56, c = 1,09

Частоту вращения п мин следует принимать:

Грузовые с дизельным  двигателем п мин =400 — 500об/мин.

Расчет  скоростной характеристики двигателя автомобиля МАЗ-53371

Определим значения мощности N_e для следующих значений n_e:

 

n_min=400 об/мин.;

n_e1= 800 об/мин.;

n_e2= 1200 об/мин.;

n_e3= 1400 об/мин.;

n_e4= 1600 об/мин.;

n_max=2100 об/мин.;

 

N_min=132×[0,53×(400/2100)+1,56×(400/2100)²-1,09×(400/2100)³]=18,87 кВт;

N_e1=132×[0,53×(800/2100)+1,56×(800/2100)²-1,09×(800/2100)³]=48,18 кВт;

N_e2=132×[0,53×(1200/2100)+1,56×(1200/2100)²-1,09×(1200/2100)³]=79,2 кВт;

N_e3=132×[0,53×(1400/2100)+1,56×(1400/2100)²-1,09×(1400/2100)³]=95,04 кВт;

N_e4=132×[0,53×(1600/2100)+1,56×(1600/2100)²-1,09×(1600/2100)³]= 108,24 кВт;

N_max=132×[0,53×(2100/2100)+1,56×(2100/2100)²-1,09×(2100/2100)³]=132 кВт;

 

Для тех же частот вращения коленвала определяем крутящий момент М_е двигателя по формуле:

 

М_е=9555,3×(N_e/n_e), Нм;

М_min=9555.3×(18,87/400)=450,7 Нм

М_е1=9555,3×(48,18/800)=575,5 Нм

М_е2=9555,3×(79,2 /1200)=630,6 Нм

М_е3=9555,3×(95,04/1400)=648,6 Нм

М_е4=9555,3×(108,24/1600)=646,41 Нм

М_е5=9555,3×(132/2100)=600,6 Н

Полученные значения текущих мощности и момента сводим в таблицу 1.

Таблица 1 – Значения мощности и крутящего момента

ne, об/мин.	400	800	1200	1400	1600	2100
Ne, кВт	18,87	48,18	79,2	95,04	108,24	132
Me, Нм	450,7	575,5	630,6	648,6	646,41	600,6

 

По табличным значениям  строим график внешней скоростной характеристики.

 

Рисунок 1 – Внешняя скоростная характеристика МАЗ-53371

 

Максимальное число оборотов двигателя принимается:

для легковых автомобилей    

для грузовых автомобилей      

=

n_max = n_N = 2100 об/мин

1.2 Тяговый (силовой)  баланс  проектируемого автомобиля 

Силовой баланс автомобиля выражается зависимостью:

Р_т = Р_д+Р_в+Р_и,

                                                 

где Р_т – сила тяги на ведущих колесах;

       Р_д – сила сопротивления дороги;

       Р_в – сила сопротивления воздуха;

       Р_и – сила инерции.

Тяговая сила на ведущих  колесах автомобиля рассчитываются по формуле

                                           

,               (1.2)

Для МАЗ-53371

Р_т11 = (450*5,26*0,85*1) /0,505*0,98= 3904 Н

Р_т12 = (575,5*5,26*0,85*1) /0,505*0,98= 4993 Н

Р_т13 = (630,6*5,26*0,85*1) /0,505*0,98= 5470 Н

Р_т14 = (648,6*5,26*0,85*1) /0,505*0,98=5627 Н

Р_т15 = (646,41*5,26*0,85*1) /0,505*0,98= 5607 Н

Р_т16 = (600,6*5,26*0,85*1) /0,505*0,98= 5210 Н

 

Р_т21 = (450,7*2,9*0,85*1) /0,505*0,98= 2155 Н

Р_т22 = (575,5*2,9*0,85*1) /0,505*0,98= 2753 Н

Р_т23 = (630,6*2,9*0,85*1) /0,505*0,98= 3016 Н

Р_т24 = (648,6*2,9*0,85*1) /0,505*0,98=3103 Н

Р_т25 = (646,41*2,9*0,85*1) /0,505*0,98=3092 Н

Р_т26 = (600,6*2,9*0,85*1) /0,505*0,98=2873 Н

 

Р_т31 = (450*1,52*0,85*1) /0,505*0,98=1128 Н

Р_т32 = (575,5*1,52*0,85*1) /0,505*0,98=1442 Н

Р_т33 = (630,6*1,52*0,85*1) /0,505*0,98=1581 Н

Р_т34 = (648,6*1,52*0,85*1) /0,505*0,98=1619 Н

Р_т35 = (646,41*1,52*0,85*1) /0,505*0,98=1621 Н

Р_т36 = (600,6*1,52*0,85*1) /0,505*0,98=1506 Н

 

Р_т41 = (450*1*0,85*1) /0,505*0,98=742 Н

Р_т42 = (575,5*1*0,85*1) /0,505*0,98=949 Н

Р_т43 = (630,6*1*0,85*1) /0,505*0,98=1040 Н

Р_т44 = (648,6*1*0,85*1) /0,505*0,98=1070 Н

Р_т45 = (646,41*1*0,85*1) /0,505*0,98=1066 Н

Р_т46 = (600,6*1*0,85*1) /0,505*0,98=990 Н

 

Р_т51 = (450*0,66*0,85*1) /0,505*0,98=490 Н

Р_т52 = (575,5*0,66*0,85*1) /0,505*0,98=626 Н

Р_т53 = (630,6*0,66*0,85*1) /0,505*0,98=687 Н

Р_т54 = (648,6*0,66*0,85*1) /0,505*0,98=706 Н

Р_т55 = (646,41*0,66*0,85*1) /0,505*0,98=704 Н

Р_т56 = (600,6*0,66*0,85*1) /0,505*0,98=654 Н

 

Скорость движения автомобиля определяется по формуле:

                        

,      (1.3)

где r_k - радиус качения;

V₁₁= (0,378*400*0,505)/(5,26*7,24*1) = 2 км/час.;

V₁₂= (0,378*800*0,505)/(5,26*7,24*1) =4 км/час.;

V₁₃= (0,378*1200*0,505)/(5,26*7,24*1) =6 км/час.;

V₁₄= (0,378*1400*0,505)/(5,26*7,24*1) =7 км/час.;

V₁₅= (0,378*1600*0,505)/(5,26*7,24*1) =8 км/час.;

V₁₆= (0,378*2100*0,505)/(5,26*7,24*1) =11 км/час.;

 

V₂₁= (0,378*400*0,505)/(2,9*7,24*1) =4 км/час.;

V₂₂= (0,378*800*0,505)/(2,9*7,24*1) =7 км/час.;

V₂₃= (0,378*1200*0,505)/(2,9*7,24*1) =11 км/час.;

V₂₄= (0,378*1400*0,505)/(2,9*7,24*1) =13 км/час.;

V₂₅= (0,378*1600*0,505)/(2,9*7,24*1) =15 км/час.;

V₂₆= (0,378*2100*0,505)/(2,9*7,24*1) =19 км/час.;

 

V₃₁= (0,378*400*0,505)/(1,52*7,24*1) =7 км/час.;

V₃₂= (0,378*800*0,505)/(1,52*7,24*1) =14 км/час.;

V₃₃= (0,378*1200*0,505)/(1,52*7,24*1) =21 км/час.;

V₃₄= (0,378*1400*0,505)/(1,52*7,24*1) =24 км/час.;

V₃₅= (0,378*1600*0,505)/(1,52*7,24*1) =28 км/час.;

V₃₆= (0,378*2100*0,505)/(1,52*7,24*1) =36 км/час.;

 

V₄₁= (0,378*400*0,505)/(1*7,24*1) =11 км/час.;

V₄₂= (0,378*800*0,505)/(1*7,24*1) =21 км/час.;

V₄₃= (0,378*1200*0,505)/(1*7,24*1) =32 км/час.;

V₄₄= (0,378*1400*0,505)/(1*7,24*1) =37 км/час.;

V₄₅= (0,378*1600*0,505)/(1*7,24*1) =42 км/час.;

V₄₆= (0,378*2100*0,505)/(1*7,24*1) =55 км/час.;

 

V₅₁= (0,378*400*0,505)/(0,66*7,24*1) =16 км/час.;

V₅₂= (0,378*800*0,505)/(0,66*7,24*1) =32 км/час.;

V₅₃= (0,378*1200*0,505)/(0,66*7,24*1) =48 км/час.;

V₅₄= (0,378*1400*0,505)/(0,66*7,24*1) =56 км/час.;

V₅₅= (0,378*1600*0,505)/(0,66*7,24*1) =64 км/час.;

V₅₆= (0,378*2100*0,505)/(0,66*7,24*1) =84 км/час.;

Силу сопротивления дороги для различных скоростей движения определим по формуле:

 

                                             Р_д = m*g*

,                                           (1.4)

                                                   

где – коэффициент суммарного сопротивления дороги.

 

= f+i,

                                                       

где i = 0 – уклон дороги;

 

f – коэффициент сопротивления качению.

 

Отсюда:

 

= f = 0.012[1+V²/20000].

 

Р_д1 = 7150*9,8*0,012(1+10²/20000) =845 Н

Р_д2 = 7150*9,8*0,012(1+20²/20000) =857 Н

Р_д3 = 7150*9,8*0,012(1+30²/20000) =878 Н

Р_д4 = 7150*9,8*0,012(1+40²/20000) =908 Н

Р_д5 = 7150*9,8*0,012(1+50²/20000) =945 Н

Р_д6 = 7150*9,8*0,012(1+60²/20000) =992 Н

Р_д7 = 7150*9,8*0,012(1+70²/20000) = 1046 Н

Р_дmax = 7150*9,8*0,012(1+85²/20000) = 1144 Н

Сила сопротивления качения:

                                                   

,        (1.5)

где - вес автомобиля,

      - коэффициент сопротивления качению,

Р_к = 7150*0.012 = 85.8 кг

          Сила сопротивления воздуха:

                                         ,         (1.6)   где -коэффициент обтекаемости ,

            -лобовая площадь, м ;

                                               =Hа∙Bа ,                                                         (1.7)                                                       

где  Hа – высота  автомобиля , 2,1 м;

        Bа – ширина  автомобиля ,  2 м;     

Р_в1 = (0,7*(2,1*2)*10²)/13= 22,6 Н

Р_в2= (0,7*(2,1*2)*20²)/13= 90 Н

Р_в3 = (0,7*(2,1*2)*30²)/13=203 Н

Р_в4 = (0,7*(2,1*2)*40²)/13=362 Н

Р_в5 = (0,7*(2,1*2)*50²)/13=565 Н

Р_в6 = (0,7*(2,1*2)*60²)/13=814 Н

Р_в7 = (0,7*(2,1*2)*70²)/13=1108 Н

Р_в8 = (0,7*(2,1*2)*85²)/13=1633 Н

 

             Скорость  движения  автомобиля  выбирается  исходя  из  расчётов  в  диапазоне  MIN-MAX  движения  автомобиля  на  прямой  передаче

Количество расчетных  точек должно быть не менее 5 - 6

 

Таблица 2 – Значения Р_Д и Р_В в зависимости от скорости

 

V, км/ч	10	20	30	40	50	60	70	Vmax
РД, Н	845	857	878	908	945	992	1046	1144
РВ, Н	22,6	90	203	362	565	814	1108	1633

 

Результаты расчетов сводим в таблицу 3.

 

Таблица 3 – Значения силы тяги и скорости автомобиля

 

nе, об/мин	400	800	1200	1400	1600	2100
Ме, Н*м	450,7	575,5	630	648,6	646,41	600,6
Рт1, Н	3904	4993	5470	5627	5607	5210
V1, км/час	2	4	6	7	8	11
Рт2, Н	2155	2753	3016	3103	3092	2873
V2, км/час	4	7	11	13	15	19
Pт3, Н	1128	1442	1581	1619	1621	1506
V3, км/час	7	14	21	24	28	36
Рт4, Н	742	949	1040	1070	1066	990
V4, км/час	11	21	32	37	42	55
Рт5, Н	490	626	687	706	704	654
V5, км/час	16	32	48	56	64	84