Построение внешней скоростной характеристики автомобиля МАЗ-5551

Размещено на http://www.allbest.ru/

Построение внешней скоростной характеристики

Скоростной характеристикой называется зависимость изменения показателей работы двигателя от частоты вращения коленчатого вала.

Данные для построения внешней скоростной характеристики берем из технической характеристики автомобиля МАЗ-5551.

Рисунок 11 - Габаритные размеры автомобиля МАЗ - 5551



Автомобиль: МАЗ - 5551

Максимальная скорость на прямой передаче на горизонтальном участке пути: V_max=83 км/ч =23 м/с.

Номинальная грузоподъёмность: m_н =10000 кг.

База автомобиля: L=3300 мм.

Вид топлива: дизельное топливо.

Частота вращения коленчатого вала двигателя при максимальной мощности 180л.с (132 КВт): n_N=1400 мин^-1.

Шины: 12.00 R20

Определение полной массы автомобиля

Полную массу m_a автомобиля определяют как сумму масс снаряженного автомобиля m_б и груза m_н по номинальной грузоподъемности и числу мест для пассажиров, включая водителя.

Снаряженная масса определяется по формуле:

m_б = m_н / з_б,

где з_б - коэффициент снаряженной массы, зависящий от номинальной грузоподъемности. Коэффициент снаряженной массы составляет 0,8 - 1,2.

m_б = 10000 / 1,2 = 8333 кг

Полная масса грузового автомобиля определяется следующим образом из выражения:

m_a = m_б + m_н + 75 * z,

где z - число мест в салоне, включая водителя.

m_a = 8333 + 10000 + 75 * 3 = 18558 кг

Сила тяжести, действующая на автомобиль, стоящий на горизонтальной плоскости определяется по формуле:

G_а = m_а * g,

Где g - ускорение свободного падения, равна 9,8 м/с

G_а = 18558 * 9,8 = 181868 H.

Подбор размера шин и расчет радиуса качения

автомобиль двигатель дорожный шина

Для подбора шин и определения по их размерам радиуса качения колеса необходимо знать распределение нагрузки по мостам.

Положение центра масс определяется у двухосного автомобиля расстояниями l₁ и l₂ до геометрических осей вращения колес соответственно переднего и заднего мостов. Расстояние L = l₁ + l₂ называется базой автомобиля.

У грузовых двухосных автомобилей распределение нагрузки от полной массы на задний мост приходится 68-70%.

Радиус качения колеса r_к выбирается в зависимости от нагрузки на одно колесо. Наибольшая нагрузка на колесо определяется положением центра масс автомобиля, которое устанавливается по предварительному эскизу или прототипу автомобиля.

Таким образом:

G₂ = G_а * 75% = 181868 * 75% = 136401 Н

G₁ = G_а * 25% = 181868* 25% = 45467 Н

Следовательно, нагрузку на каждое колесо передней и задней оси автомобиля соответственно можно определить по формулам:



Р₁=G₁/2, Р₂=G₂/8,

Р₁ = 45467 / 2 = 22733 Н

Р₂ = 136401 / 8 = 17050 Н

Расстояние от передней оси до центра масс найдем по формуле:

l₁ = G₂ * L / G_а,

где L - база автомобиля, м

l₁= (136401 * 3,8) / 181868 = 2,85 м

Расстояние от центра масс до задней оси:

l₂ = L - l₁,

l₂ = 3,8 - 2,85 = 0,95 м

Тип шин - 12.00 R20. По этим размерам можно определить радиус колеса, находящегося в свободном состоянии. Статический радиус колеса r_c - это расстояние от поверхности дороги до оси неподвижного колеса, воспринимающего вертикальную нагрузку. Определяется по формуле:

r_c = d / 2 + b,

где b - ширина профиля шины (295 мм)

d - диаметр обода шины (508 мм)

r_c = 508 / 2 + 295 = 549 мм = 0,55 м

Радиус качения колеса r_k - это радиус условного недеформирующегося катящегося без скольжения колеса. Определяется с учетом деформации, зависящей от нагрузки:



r_k = 0,5 * d + (1 - k) * b,

где k - коэффициент радиальной деформации.

Для стандартных и широко профильных шин k принимают равным 0,3.

r_k = 0,5 * 508 + (1 - 0,3) * 295 = 481 мм = 0,48 м

Определение мощности

Расчет начинается с определения мощности N_ev, необходимой для обеспечения движения с заданной максимальной скоростью V_max.

При установившемся движении автомобиля мощность двигателя в зависимости от дорожных условий может быть выражена следующей формулой (кВт):

N_ev = V_max * (G_а * ш_v + K_в * F * VІ_max) / (1000 * з_тр * K_p),

Где ш_v - коэффициент суммарного дорожного сопротивления;

K_в - коэффициент обтекаемости, К_в = 0,5 кг/м³;

F - лобовая площадь автомобиля, м²;

з_тр - КПД трансмиссии, з_тр = 0,85;

К_р - коэффициент коррекции, принимаем К_р = 0,8.

Коэффициент суммарного дорожного сопротивления для грузовых автомобилей, определяется по формуле:

ш_v = 0,01 + 5 * 10^-6 * VІ_max,

ш_v = 0,01 + 5 * 10^-6 * 23І = 0,013

Лобовую площадь для грузового автомобиля находим из формулы:



F_a = 0,8 * В * Н_г,

Где В - габаритная ширина, В = 2500 мм;

Н_г - габаритная высота, Н_г = 2925 мм.

F_a = 0,8 * 2,5 * 2,9 = 5,8 м²

N_ev = 23 * (181868 * 0,013 + 0,5 * 5,8 * 23І) / (1000*0,85*0,8) = 131,9 кВт

Частота вращения коленчатого вала двигателя

Частота вращения коленчатого вала двигателя n_v, соответствующая максимальной скорости автомобиля, определяется из уравнения:

n_v = V_max*з_n, мин^-1

где з_n - коэффициент оборотистости двигателя. Коэффициент оборотности определяют как соотношение между частотой вращения вала двигателя при максимальной скорости автомобиля на прямой передаче n_N и максимальной скоростью автомобиля V_max.

з_n = n_N / V_max,

з_n = 1400 / 83 = 17

n_v = 83 * 17 = 1411 мин^-1

Максимальная мощность двигателя

Максимальную мощность двигателя найдем из формулы:



N_max = N_ev / (a * n_v / n_N + b* (n_v / n_N) І - c * (n_v / n_N) і),

Где n_v / n_N - отношение частоты вращения коленчатого вала двигателя при максимальной скорости движения автомобиля к частоте вращения при максимальной мощности двигателя;

a, b, c - коэффициенты, постоянные для каждого двигателя. В случае упрощенного расчета можно применять для бензиновых двигателей a=b=c=1.

Для построения внешней характеристики при известной мощности N_max и выбранных коэффициентах a, b, c, принимаем частоту вращения коленчатого вала при максимальной мощности 1411 мин^-1.

N_max = 131,9 / (1*1411/1400 + 1*(1411 / 1400)І - 1*(1411 / 1400)і) = 131,9 кВт

Построение внешней характеристики двигателя

Внешнюю характеристику двигателя можно определить по формуле Лейдермана:

N_е = N_мах * [a * + b * () ² - c * () ³], (кВт)

Где n_Т - текущее значение частоты вращения коленчатого вала двигателя выбирают произвольно через определенный интервал (например, 300, 600, 900 и т.д.), но так, чтобы полученных точек характеристики было не меньше семи и результаты расчетов сводим в таблицу 1.

N_e1 = 131,9 * (1 * 200/ 1400 + 1 * (200 / 1400) ² - 1 * (200 / 1400)³) = 13,8 кВт

N_e2 = 131,9 * (1 * 300 / 1400 + 1 * (300 / 1400) ² - 1 * (300 / 1400)³) = 23кВт

N_e3 = 131,9 * (1 * 400 / 1400 + 1 * (400 / 1400) ² - 1 * (400 / 1400)³) = 33,4кВт

N_e4 = 131,9 * (1 * 500/1400 + 1 * (500/1400) ² - 1 * (500 / 1400)³) = 44,7кВт

N_e5 = 131,9 * (1* 600/1400 + 1 * (600/1400) ² - 1 * (600/1400)³) = 56,4 кВт

N_e6 = 131,9 * (1* 700/1400 + 1 * (700/1400) ² - 1 * (700/1400)³) = 68,4кВт

N_e7 = 131,9 * (1* 800/1400 + 1 * (800/1400) ² - 1 * (800/1400)³) = 80,3кВт

N_e8 = 131,9 * (1* 900/1400 + 1 * (900/1400) ² - 1 * (900/1400)³) = 91,8кВт

N_e9 = 131,9 * (1* 1000/1400 + 1 * (1000/1400) ² - 1 * (1000/1400)³) = 102,5кВт

N_e10 = 131,9 * (1* 1100/1400 + 1 * (1100/1400) ² - 1 * (1100/1400)³) = 112,2кВт

N_e11 = 131,9 * (1* 1200/1400 + 1 * (1200/1400) ² - 1 * (1200/1400)³) = 120,6кВт

N_e12 = 131,9 * (1* 1300/1400 + 1 * (1300/1400) ² - 1 * (1300/1400)³) = 127,2кВт

N_e13 = 131,9 * (1* 1400/1400 + 1 * (1400/1400) ² - 1 * (1400/1400)³) = 131,9кВт

Определим вращающий момент двигателя по формуле:

M_в = 30 * N_ei * 1000 / (n_T * р), кН*м

Где N_ei - текущее значение мощности, при определенной частоте вращения коленчатого вала двигателя.

Аналогично проводим расчет для всех значений n_Т и N_e и результаты расчетов сводим в таблицу1.

M_в1 = 30 * 13,8 * 1000 / (200 * 3,14) = 659,2 кН*м

M_в2 = 30 * 23 * 1000 / (300 * 3,14) = 732,5 кН*м

M_в3 = 30 * 33,4 * 1000 / (400 * 3,14) = 797,8 кН*м

M_в4 = 30 * 44,7 * 1000 / (500 * 3,14) = 854,1 кН*м

M_в5 = 30 * 56,4 * 1000 / (600 * 3,14) = 898,1 кН*м

M_в6 = 30 * 68,4 * 1000 / (700 * 3,14) = 933,6 кН*м

M_в7 = 30 * 80,3 * 1000 / (800 * 3,14) = 959кН*м

M_в8 = 30 * 91,8 * 1000 / (900 * 3,14) = 974,5 кН*м

M_в9 = 30 * 102,5 * 1000 / (1000 * 3,14) = 979,3 кН*м

M_в10 = 30 * 112,2 * 1000 / (1100 * 3,14) = 974,5 кН*м

M_в11 = 30 * 120,6* 1000 / (1200 * 3,14) = 960,2 кН*м

M_в12 = 30 * 127,2 * 1000 / (1300 * 3,14) = 934,8 кН*м

M_в13 = 30 * 131,9 * 1000 / (1400 * 3,14) = 900,1 кН*м

Таблица 1 - Данные для построения внешней скоростной характеристики

Параметры двигателя	Скоростной режим двигателя
	200	300	400	500	600	700	800	900	1000	1100	1200	1300	1400
Ne, кВт	13,8	23	33,4	44,7	56,4	68,4	80,3	91,8	102,5	112,2	120,6	127,2	131,9
Mв, кН*м	659,2	732,5	797,8	854,1	898,1	933,6	959к	974,5	979,3	974,5	960,2	934,8	900,1

По полученным данным таблицы 1 строится внешняя скоростная характеристика (рисунок 1).



МАЗ - 5551. Рисунок 1 - Внешняя скоростная характеристика двигателя, автомобиля.

Размещено на Allbest.ru

...