Проект автотранспортного предприятия на 58 АТС с расчетом автомобиля МАЗ-551603

Состав чертежей

1. Чертеж плана карьера 2хА1
2. Характеристики АТС 2хА1
3. Плакат параметров двигателя А1
4. Чертеж плана генерального А1
5. Планировочный чертеж производственного корпуса А1
6. План расстановки технологического оборудования и оснастки А1

Описание

В разделе общем горно-технологическом приведены исходные данные. Осуществлен подбор типа экскаватора. Произведены расчеты эксплуатационный и парка автомобильного.
В разделе технологическом спроектирован парк автотранспортный. Проведена корректировка периодичностей нормативных обслуживания технического. Определен пробег среднецикловой автомобилей. Проведена корректировка пробегов до ТО и КР по кратности со среднесуточным пробегом. Выполнены следующие расчеты: числа обслуживаний технических и КР на один автомобиль за цикл; числа обслуживаний технических и КР на весь парк за год; числа годового воздействий диагностических; программы производственной на сутки по видам обслуживания технического и диагностики.

Осуществлен подбор способа организации обслуживания технического и диагностики. Приведен расчет объемов работ годовых по обслуживанию техническому и ремонту. Совершен расчет численности рабочих производственных. Представлен расчет подразделений производственных. Осуществлен подбор и обоснование режима работы зон и цехов. Приведен расчет числа постов универсальных обслуживаний технических и специализированных постов диагностики, а также числа постов ремонта текущего. Рассчитаны посты ожидания и посты пункта контрольно-технического. Определены потребности в оборудовании технологическом. Произведен расчет площадей помещений производственно-складских и вспомогательных, а конкретнее: площади зон обслуживания технического и ремонта; площади рабочих участков и отделений; площади помещений складских и площади помещений административных и бытовых. Рассчитана зона хранения состава подвижного и общая площадь ГПК. Определена общая площадь участка предприятия. Рассмотрена организация производства и управления.

В разделе специальном приведено описание автомобиля проектируемого. Рассчитана характеристика автомобиля проектируемого. Построена внешняя скоростная характеристика двигателя. Вычислены числа передаточные передачи главной и коробки передач трансмиссии автомобиля. Представлен расчет тепловой двигателя. Построена расчетная диаграмма индикаторная. Выполнен расчет кинематический двигателя. Определены характеристика тяговая автомобиля и характеристика динамическая автомобиля. Составлен баланс мощностной автомобиля. Определено ускорение автомобиля и угол подъема автомобиля. Рассчитан показатель топливный автомобиля. Совершен расчет динамический двигателя. Разработана схема компоновочная автомобиля и рассчитаны параметры компоновочные. Аргументирован выбор схемы эквивалентной расчетной автомобиля проектируемого. Составлено уравнение движения системы колебательной. Определены параметры плавности хода автомобиля проектируемого. Построена характеристика амплитудно-частотная.
В графической части дипломного проекта представлены следующие чертежи: плана карьера, характеристики АТС, параметров двигателя, плана генерального, корпуса производственного, размещения оборудования технологического.

 Обзор дипломной работы

2.1.1 Корректировка периодичностей нормативных обслуживания технического

Корректировочное значение периодичности ТО-1 (ТО-2) , км, определяется по формуле

где  – нормативное значение периодичности ТО-1 (ТО-2);

 – коэффициент, учитывающий категорию условий эксплуатации;

 – коэффициент, учитывающий природно-климатические усло-вия.

 2.1.2 Определение пробега среднециклового автомобилей

Среднецикловый пробег  определяется по формуле

где  – нормативный пробег «нового» автомобиля до КР;

 – нормативный пробег до списания автомобиля, прошедшего капитальный ремонт;

,  – соответственно, количество «новых» и капитально отремонтированных автомобилей;

 – коэффициент, учитывающий модификацию подвижного состава.

 2.1.3 Корректирование пробегов до ТО и КР по кратности со среднесуточным пробегом

Определяем коэффициент кратности между значениями периодичности ТО-1 и среднесуточного пробега

Тогда принятое значение скорректированной периодичности ТО-1

Определяем коэффициент кратности между значениями периодичности ТО-1 и ТО-2 (принятой)

Тогда принятое значение скорректированной периодичности ТО-2

Определяем коэффициент кратности между значениями среднециклового пробега и принятой периодичности ТО-2

Тогда принятое значение скорректированного среднециклового пробега

Результаты корректирования сводим в таблицу 1.1.

Таблица 2.1. Значения пробегов

Пробег	Обозначение	Значение пробегов, км
		Нормативные корректированные	Корректирование по кратности	Принятые для расчета
До ТО-1		2430	250∙10	2500
До ТО-2		9720	2500∙4	10000
До КР		260689	10000∙26	260000

 2.1.4 Число обслуживаний технических и КР на один автомобиль за цикл

Количество КР

Количество ТО-2

Количество ТО-1

2.1.5 Число обслуживаний технических и КР на весь парк за год

Число дней простоя автомобиля в ремонте и ТО-2 за цикл

где    – число дней простоя автомобиля в капитальном ремонте;

 – дни транспортировки автомобиля на авторемонтное предприятие и обратно.

Принимаем

 – удельный простой автомобиля в ТО и ТР на 1000 км пробега, дней/1000км;

 – коэффициент изменения простоев в ТО и ТР в зависимости от пробега автомобиля с начала эксплуатации.

Число календарных дней в цикле

где  – коэффициент простоя автомобиля в выходные и праздничные дни

Здесь  – число календарных дней в году;

 – количество рабочих дней в году.

Тогда

Дни эксплуатации автомобиля за цикл  принимаются равными количеству ежедневных обслуживаний, т.е.

Годовой пробег автомобиля , км, рассчитывается по формуле

где  – коэффициент использования парка, определяемый из следующего выражения

Тогда

Коэффициент перехода от цикла к году

Количество ТО и КР на весь парк за год определяется из следующих выражений

Годовое количество сезонных обслуживаний  определяется по выражению

2.1.6 Число годовое воздействий диагностических

Годовое количество общих диагностирований Д-1

Годовое количество поэлементных диагностирований Д-2

2.1.7 Программа производственная на сутки по видам обслуживания технического и диагностики

Суточная производственная программа по каждому виду технических воздействий  определяется из выражения

где  – годовая программа по i-му виду технических воздействий (ЕО, ТО-1, ТО-2, Д-1 и Д-2);

 – число рабочих дней в году i-ой производственной зоны

 2.1.8 Подбор способа организации обслуживания технического и диагностики

Организация ТО-1 – тупиковые посты.

Организация ТО-2 – тупиковые посты с выделением поста смазки.

2.2 РАСЧЕТ ОБЪЕМОВ РАБОТ НА ГОД ПО ОБСЛУЖИВАНИЮ ТЕХНИЧЕСКОМУ И РЕМОНТУ

 Годовой объем работ по техническому обслуживанию определяется исходя из годовой производительной программы по каждому виду ТО и его разовой трудоемкости.

Годовой объем текущего ремонта рассчитывается на основании годового пробега парка и удельной трудоемкости на 1000 км.

2.2.1 Подбор и корректирование трудоемкостей нормативных обслуживания технического и ремонта

Скорректированная трудоемкость ежедневного обслуживания , чел.-ч, определяется по формуле

где  – нормативная трудоемкость ЕО без учета механизации уборочно-моечных работ, чел-ч;

 – коэффициент, учитывающий модификацию подвижного состава;

 – коэффициент, учитывающий размер АТП и количество технологически совместимых групп подвижного состава;

 – коэффициент, учитывающий снижение трудоемкости ЕО за счет механизации уборочно-моечных работ.

Скорректированная трудоемкость ТО-1 и ТО-2 , чел-ч, определяется из выражения          

где  – нормативная трудоемкость ТО-1 (ТО-2), чел-ч;

 – коэффициент, учитывающий снижение трудоемкости ТО при поточном методе обслуживания.

При выполнении обслуживания на универсальных постах

Для ТО-1

Для ТО-2

Трудоемкость сезонного обслуживания  принимаем равным 20% от скорректированной трудоемкости ТО-2, т.е.

Удельная скорректированная трудоемкость текущего ремонта , чел-ч, определяется из выражения

где  чел-ч/1000 км – нормативная трудоемкость ТР;

 – коэффициент, учитывающий возраст подвижного состава.

При совмещенной диагностике общая трудоемкость ТО-1 и Д-1 , чел-ч, увеличивается на 10% за счет включения в технологию дополнительных диагностических операций

Трудоемкость углубленного диагностирования , чел-ч

где  – доля углубленного диагностирования Д-2 в трудоемкости ТО-2.

Так как работы Д-2 относятся фактически к работам ТО-2, то трудоемкость последнего сокращается.

Кроме того, из объема ТО-2 исключаются работы Д-1. Окончательное выражение для расчета трудоемкости ТО-2, , чел-ч, имеет вид

Таблица 2.2. Корректирование нормативов трудоемкости ТО и ТР

Вид ТО или ТР	Подвижной состав	Нормативная трудоемкость	Коэффициенты изменения трудоемкости ТО и ТР						Нормативная скорректированная трудоемкость, чел-ч
								,
ЕО	МАЗ (22т)		1,1	1,2	1,1	1,24	1,05	0,23
ТО-1								1
ТО-2								1
ТР								-

2.2.2 Годовой объем работ по ТО, ТР и диагностике

Годовой объем работ по видам ТО и диагностики , чел-ч, определяется произведением их годовых программ на скорректированную трудоемкость одного воздействия по следующим формулам

– ЕО                            чел-ч

– ТО-1 с Д-1                чел-ч

– ТО-2                  чел-ч

– Д-1                           чел-ч

– Д-2                            чел-ч

– СО                            чел-ч

Годовой объем работ по текущему ремонту , чел-ч, определяется по формуле

2.2.3 Объем работ на год по самообслуживанию парка автотраспортного

Годовой объем работ по самообслуживанию АТП для варианта совмещенного ТО-1 с Д-1 рассчитывается по формуле

где  – объем вспомогательных работ АТП

 – объем работ по самообслуживанию

2.2.4 Распределение объемов работ на год по видам и месту выполнения

При совмещении ТО-1 с Д-1 рекомендуется следующее распределение работ ТО-2: при организации ТО-2 на универсальных постах 10% его объема выполняется в цехах, 65% – на постах зоны ТО-2 и 25% (смазочные и регулировочные работы) – на постах линии ТО-1 с Д-1 в межсменное время.

Таблица 2.3. Годовые объемы работ

Виды работ	Текущий ремонт		ТО-2  в цехе		Самообслужи-вание		Суммарный по АТП, чел-час
	%	Чел-час	%	Чел-час	%	Чел-час
Постовые
Общее диагностирование	1	487,1403					487,1403
Углуб. диагностирование	1	487,1403					487,1403
Регулировочн. и разб.-сбор.	35	17049,91					17049,91
Сварочные	3	1461,421					1461,421
Жестяницкие	2	974,2806					974,2806
Малярные	6	2922,842					2922,842
Деревообрабатывающие	2	974,2806					974,2806
Итого	50	24357,02					24357,02
Цеховые
Агрегатные	15	7307,105					7307,105
Слесарно-механические	10	4871,403			26	1809,08	6009,535
Электротехнические	5	2435,702	25	1137,12			3572,822
Аккумуляторные	2	974,2806	25	1137,12			2111,401
По системе питания	4	1948,561	25	1137,12			3085,681
Шиномонтажные	1	487,1403	25	1137,12			1624,26
Вулканизационные	1	487,1403					487,1403
Кузнечно-рессорные	3	1461,421			2	139,16	1600,581
Медницкие	2	974,2806			1	69,58	1043,861
Сварочные	1	487,1403			4	278,32	765,4603
Жестяницкие	1	487,1403			4	278,32	765,4603
Арматурные	1	487,1403					487,1403
Обойные	1	487,1403					487,1403
Итого	50	24357,02			37	2574,46	35863,49
Самообслуживание
Электротехнические					25	1739,5	1739,5
Трубопроводные					22	1530,76	1530,76
Ремонтно-строительные					16	1113,28	1113,28
Итого					63	4383,54	4383,54
Всего	100	48714,03	100	4548,48	100	6958	60220,51

2.3 РАСЧЕТ ЧИСЛЕННОСТИ РАБОЧИХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ

Технологически необходимое (явочное) количество рабочих  определяется по формуле

где  – годовой объем работ i-ой производственной зоны (цеха);

 – номинальный годовой фонд времени ремонтного рабочего или годовой фонд времени рабочего места.

Штатное (списочное) количество ремонтных рабочих

где  – действительный (эффективный) фонд времени ремонтного рабочего.

Расчет численности производственных рабочих сводим в таблицу 2.4

Таблица 2.4.  Численность производственных рабочих

Наименование зон и цехов	Годовая трудоемкость работ по зоне или цеху, чел-ч	Расчетное количество технологически необходимых рабочих	Принятое количество технологически необходимых рабочих				Годовой фонд времени штатного рабочего, ч	Принятое количество штатных рабочих
			Всего	По сменам
				1	2	3
Зона ТО иТР
ЕО	1202,2	0,580773	1		1		1840	2
ТО-1 и Д-1	5990,67	2,894043	3	1	1	1		3
ТО-2	4548,48	2,197333	3	1	1	1		3
Д-2	856,08	0,413565	1		1			2
ТР	48714,03	23,53335	24	8	8	8		24
Итого	61311,46	29,61906	30	10	12	10		32

 2.4 РАСЧЕТ ПОДРАЗДЕЛЕНИЙ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ

2.4.1 Подбор и обоснование режима работы зон и цехов

При равномерном выпуске подвижного состава на линию продолжительность межсменного времени , ч, определяется по выражению

где  – время работы автомобилей на линии, ч;

 – время обеденного перерыва водителей, ч;

 – продолжительность выпуска автомобилей на линию, ч.

Определяем ритм производства

где  – продолжительность работы i-ой зоны в сутки, ч;

 – продолжительность рабочей смены i-ой производственной зоны;

 – количество смен работы i-ой производственной зоны.

2.4.2 Расчет числа постов универсальных обслуживаний технических и специализированных постов диагностики

Исходной величиной для расчета постов ТО и диагностирования является такт поста  (время в минутах между заменой автомобилей на посту), определяется по формуле

где  – трудоемкость i-ого вида ТО или диагностики, чел-ч;

 – среднее количество рабочих, одновременно работающих на посту;

 – время передвижения автомобиля при установке его на пост и съезд с поста, мин.

Количество универсальных постов  для выполнения ЕО и ТО-1 и специализированных постов Д-1 рассчитывается по формуле

2.4.3 Число постов ремонта текущего

Количество постов ТР определяется по формуле

где  – трудоемкость постовых работ текущего ремонта, чел-ч;

 – коэффициент, учитывающий неравномерность поступления автомобилей в ремонт;

 – средняя численность рабочих на одном посту;

 – коэффициент использования рабочего поста.

 постов

2.4.4 Посты ожидания

Количество постов ожидания подвижного состава перед ТО и ТР принимаем в размере 20% от числа рабочих постов ТО, ТР и диагностирования.

Принимаем количество постов ожидания 1.

2.4.5 Число постов пункта контрольно-технического

Количество въездных постов КТП  определяется по формуле

где  – коэффициент технической готовности парка;

 – коэффициент неравномерности возврата автомобилей;

 – часовая пропускная способность одного поста

Принимаем

Общее количество постов КТП (въездных и выездных)

2.4.6 Потребности в оборудовании технологическом

Количество единиц технологического оборудования , определяется по формуле

где  – годовая трудоемкость по данной группе или виду работ, чел-ч;

 – число рабочих дней в году;

 – продолжительность рабочей смены, ч;

 – количество рабочих смен;

 – число рабочих, одновременно работающих на данном виде оборудования;

 – коэффициент использования оборудования.

Для ТО-1

Число стендов для обкатки и испытания двигателей  рассчитывается по формуле

где  – число двигателей, проходящих обкатку и испытание в расчетном периоде;

 – продолжительность обкатки и испытаний (с учетом монтажных работ);

 – коэффициент, учитывающий возможность повторной обкатки и испытания двигателя;

 – действительный фонд времени работы оборудования;

 – коэффициент использования стенда.

Число механизированных моечных установок

где  – коэффициент, учитывающий неравномерность поступления автомобилей на мойку;

 – продолжительность работы зоны ЕО в сутки, ч;

 – коэффициент использования рабочего времени установки для мойки автомобиля.

 2.5 РАСЧЕТ ПЛОЩАДЕЙ ПОМЕЩЕНИЙ ПРОИЗВОДСТВЕННО-СКЛАДСКИХ И ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ

2.5.1 Площади зон обслуживания технического и ремонта

где – площадь, занимаемая автомобилем,

– количество постов зоны;

– коэффициент плотности расстановки,

2.5.2 Площади рабочих участков и отделений

Площади участков рассчитываются по площади помещений, занимаемой оборудованием, и коэффициенту плотности его расстановки.

Площадь участка

где – площади под оборудованием, м²;

– коэффициент плотности расположения оборудования.

Для расчета площадей предварительно на основе  составляем ведомость технологического оборудования и определяем его суммарную площадь по участку.

Ведомость технологического оборудования приведена в ПРИЛОЖЕНИИ 1.

Значения коэффициента плотности расположения оборудования  для соответствующих участков, согласно ОНТП-АТП-СОР-80, следующие

Таблица 2.5. Значения коэффициента плотности

Участок	Значение
Слесарно-механический, медницко-радиаторный, аккумуляторный, электротехнический	3…4
Ремонта приборов системы питания, обойный	3…4
Агрегатный, шиномонтажный, ремонта оборудования	3,5…4,5
Сварочный, жестяницкий, арматурный	4…5
Кузнечно-рессорный, деревообрабатывающий	4,5…5,5

Результаты расчетов сводим в таблицу 2.6

Таблица 2.6. Площади рабочих участков и отделений

Участок, отделение	Количество работников в наиболее нагруженную смену	Расчетная площадь по количеству работников, м2	Площадь оборудования в плане, м2	Коэффициент плотности расстановки оборудования	Расчетная пло-щадь по обору-дованию, м2	Площадь, м2
						Принятая	После планирования
Агрегатный	8	63	42,4	4	169,6	170	170
Слесарно-механический	6	54	8,015	3	24,045	25	25
Электротехнический	2	14	7,18	4	28,72	29	29
Акумуляторный	1	36	5,5	3	16,5	17	17
Топливной аппаратуры	2	14	2,04	4	8,16	9	9
Шиномонтажный	1	27	3,83	4	15,32	16	16
Вулканизационный	1	18	3,22	4	12,88	13	13
Кузнечно-рессорный	2	27	11,36	5	56,8	57	57
Медницкий	1	18	6,07	3	18,21	19	19
Сварочный	1	18	3,58	4	14,32	15	15
Жестянницкий	1	27	2	5	10	10	10
Арматурный	1	14	2	4	8	8	8
Деревообрабатывающий	1	27	5,3	5	26,5	27	27
Обойный	1	27	12,1	3	36,3	37	37
Всего						452	452

Все рассчитанные площади являются ориентировочными, и уточняются графическим путем.

2.5.3 Вычисление площадей помещений складских

Площади складских помещений определяют по площадям, которую занимает оборудование, используемое в складах.

где – среднегодовой пробег одного автомобиля, км;

– списочное число автомобилей, ед;

– удельная площадь одного вида склада на 1 млн.км. пробега автомобилей, м²;

– коэффициенты, учитывающие тип ПС, его число и разномарочность.

Результаты расчета площадей складских помещений сводим в таблицу 2.7

Таблица 2.7. Расчет площадей складских помещений

Складские помещения	f y	Площадь	Общая площадь, м2
Запасных частей	3,5	144,909	44,909
Агрегатов	5,5	70,571	70,571
Материалов	3	138,493	38,493
Шин	2,3	129,511	29,511
Смазочных материалов	3,5	44,909	44,909
Лакокрасочных материалов	1	12,831	12,831
Химикатов	0,25	3,208	3,208
Инструментально-раздаточ-ная  кладовая	0,25	3,208	3,208
Промежуточный склад			56,519
Всего, м2			433,315

2.5.4 Вычисление помещений административных и бытовых

Так как административные и бытовые помещения размещаем на втором этаже главного производственного корпуса, то расчет их площадей не проводим.

2.6 РАСЧЕТ ЗОНЫ ХРАНЕНИЯ СОСТАВА ПОДВИЖНОГО

Площадь зоны хранения определяется по формуле

где – площадь, занимаемая автомобилем в плане, м²;

– число автомобиле-мест хранения.

2.7 РАСЧЕТ ОБЩЕЙ ПЛОЩАДИ ГПК

По планировке сетка колон ГПК 6м×6м.

2.13 РАСЧЕТ ОБЩЕЙ ПЛОЩАДИ УЧАСТКА ПРЕДПРИЯТИЯ

где – площадь главного производственного корпуса;

– площадь зоны хранения ПС;

– плотность застройки территории, принимаем для грузового АТП

тогда

F_уч = 6,69 га

2.14 ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА

2.14.1 Организация управления

Наибольшая эффективность в решении вопросов организации производства может быть достигнута благодаря централизованной системе управлением производства, основанной на централизации управления производством ТО и ремонта подвижного состава на АТП.

Система ЦУП строится на следующих принципах:

1. Четкое распределение административных и оперативных функций между руководящим персоналом и сосредоточение функций оперативного управления в едином центре или отделе управления производством. Основными задачами ЦУП являются сбор и автоматизированная обработка информации о состоянии производственных ресурсов и объемах работ, подлежащих выполнению, а также планирование и контроль за деятельностью производственных подразделений на основе анализа имеющейся информации.

Рисунок 2.1.  Схема структуры управления технической службой АТП

ЦУП состоит, как правило, из двух подразделений: отдела оперативного управления и отдела обработки и анализа информации.

2. Выполнение каждого вида технического воздействия при организации производства ТО и ремонта подвижного состава специализированной бригадой или участком – технологический принцип формирования производственных подразделений, в наибольшей степени отвечающий требованиям ЦУП.

3. Объединение производственных подразделений, выполняющих техно-логически однородные работы, в производственные комплексы в целях удобства управления ими.

4. Централизованная подготовка производства осуществляется специаль-ным комплексом. Централизация подготовки производства значительно сокращает непосредственные затраты времени ремонтных рабочих, управленческого персонала и в конечном счете простои автомобилей в ТО и ремонте.

5. Использование средств связи, автоматики, телемеханики и вычислитель-ной техники.

  Схема структуры управления технической службой АТО представлена на рисунке 2.1.............................................................................

Ведется расчет автомобиля МАЗ грузоподъемностью 22т. В качестве прототипа выбран автомобиль МАЗ-551603.

В данном автомобиле в состав трансмиссии входят: сцепление, коробка передач, карданная передача, задний и средний ведущие мосты.

Специфические условия эксплуатации на открытых горных разработках предъявляют к конструкции автотранспортных средств ряд требований.

1. Автомобиль должен обеспечивать наиболее простую и полную погрузку и разгрузку кузова в целях сокращения длительности этих технологических операций.
2. Карьерный автомобиль должен обладать высокой маневренностью, поскольку условия работы в горных выработках (в забоях и на отвалах) стеснены.
3. Автомобиль должен иметь высокую устойчивость и хорошую проходимость, обеспечивающие работу в условиях сложного рельефа местности и движения по дорогам невысокого качества.
4. На затяжных подъемах и спусках, характерных для карьерных условий, автомобиль должен развивать достаточную скорость в связи с необходимостью сокращения рабочего цикла машины.

Перечисленные требования определяют выбор колесной формулы, компоновочной схемы и основных параметров карьерных автомашин в зависимости от их назначения.

Трансмиссия карьерных автомашин должна отвечать ряду требований:

• а) обеспечивать движение груженой машины на затяжных подъемах с высокими скоростями и максимальным использованием мощности дизеля;
• б) обеспечивать плавное трогание с места на трудных участках дорог;
• в) способствовать увеличению долговечности двигателя и силовой передачи благодаря сглаживанию ударов и колебаний;
• г) облегчать управление автомашиной.

Краткая характеристика элементов трансмиссии автомобиля МАЗ, рассчитываемого в данном разделе:

- коробка передач пятиступенчатая, с синхронизаторами на всех передачах, кроме заднего хода.

Передаточные числа коробки следующие:

• первая передача 5,52;
• вторая передача 2,80;
• третья передача 1,39;
• четвертая передача 1,00;
• пятая передача 0,71.

Задний ход 5,48.

Кузов автосамосвалов опрокидывается назад. Такое решение наиболее простое в конструктивном исполнении, хотя в организационном отношении осложняет работу автомобилей, так как требует дополнительных маневров на отвалах и в пунктах приемки полезного ископаемого.

Конструктивное выполнение самосвалов в значительной мере определяется грузоподъемностью.

Автосамосвалы являются основным типом подвижного состава при автотранспорте. Их конструкция должна максимально учитывать особенности работы в карьерах: стесненные условия, короткие расстояния и затяжные подъемы и спуски.

3.2 РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИК АВТОМОБИЛЯ ПРОЕКТИРУЕМОГО

3.2.1 Построение внешней скоростной характеристики двигателя

Внешняя скоростная характеристика строится для двигателей, используемых в качестве энергетической установки автотранспортных средств.

Внешняя скоростная характеристика дизельного двигателя представлена в Приложении 2. В основу определения энергетических и экономических показателей двигателя положены следующие эмпирические зависимости, предложенные С.Г. Лейдерманом

Численные значения коэффициентов в уравнениях приведены в табл.3.1.

Таблица 3.1. Коэффициенты для построения скоростной характеристики

Для дизеля строится регуляторная ветвь скоростной характеристики из условия, что на этом участке мощность, момент и часовой расход топлива изменяются по линейному закону.Задаемся частотой вращения  из расчета, чтобы отношение  было кратным 0,1 т.е. n_x/n_н = 0,2; 0,3; 0,4…1,0; – для дизелей и бензиновых двигателей средней и большой мощностей.

При работе на регуляторе частота вращения изменяется от n_н до n_xхмах (максимальной частоты вращения на холостом ходу)

n_xхмах =( 1+0,08 )∙2300 = 2484 об/мин

где d – коэффициент неравномерности регулятора, принимается в пределах 0,07…0,08.

Часовой расход топлива В_Т.х на регуляторной ветви определяется из соотношения

В_Т.х =(0,25…0,30)В_Т.мах = ( 0,25 ÷ 0,30 ) ∙ 49,2 = 14,76 кг/ч

Вращающий момент и часовой расход топлива подсчитываются по формулам

где n_x – частота вращения коленчатого вала в ,

Р_вх – мощность, кВт;

Все расчетные данные заносятся в табл. 3.2.

Таблица 3.2. Показатели двигателя для построения скоростной харак-теристики.

Обороты	Ре, кВт	be,г/кВт ч	Te,Нм	Bt, кг/ч
460	43,2	253,872	934,4348	10,96727
690	68,4	239,112	986,3478	16,35526
920	94,4	228,288	1020,957	21,55039
1150	120	221,4	1038,261	26,568
1380	144	218,448	1038,261	31,45651
1610	165,2	219,432	1020,957	36,25017
1840	182,4	224,352	986,3478	40,9218
2070	194,4	233,208	934,4348	45,33564
2300	200	246	865,2174	49,2

 Рисунок 3.1. Скоростная характеристика

 3.2.2 Вычисление чисел передаточных передачи главной и коробки передач трансмиссии автомобиля

По прототипу автомобиля принимаем, что трансмиссия проектируемого автомобиля включает 5-ти ступенчатую механическую коробку передач, карданную передачу, главную передачу.

Для дизельного автомобиля с колесной формулой 6×4 передаточное число главной передачи (і_гл) определяется из условия реализации заданной максимальной скорости автомобиля на высшей передаче

где і_кп – передаточное число коробки передач для автомобиля МАЗ.

Передаточное число на первой передаче определяется из условия преодоления заданного уклона при коэффициенте сопротивления дороги 0,31 по формуле

Принятое значение передаточного числа проверяем нв отсутствие буксования ведущих колес

Значит, условие выполняется.

При пятиступенчатой коробке передач, когда IV передача является прямой, а пятая передача – ускоряющая, передаточные числа второй и третьей передач определяются по формуле

Принимаем і_ІІ = 1,72; і_ІІІ = 1,31.

Проверяем, выполняется ли условие

і_І / і_ІІ > і_ІІ / і_ІІІ > і_ІІІ / і_ІV

і_І / і_ІІ =2,27/1,72=1,32> і_ІІ / і_ІІІ = 1,72/1,31=1,3> і_ІІІ / і_ІV=1,31/1=1,31

В итоге имеем следующий ряд передаточных чисел:

і_І = 2,27;

і_ІІ = 1,72;

і_ІІІ = 1,31;

і_ІV = 1,12;

і_V = 1.

Принятые передаточные числа, отличаются от передаточных чисел прототипа, но при этом обеспечивают устойчивое движение автомобиля на каждой передаче.

3.2.3 Расчет тепловой двигателя

При тепловом расчете вновь проектируемого двигателя предварительно рассчитывают параметры действительного цикла, строят индикаторную диаграмму и определяют основные размеры: диаметр и ход поршня.

Исходными данными для расчета являются: Р_е – мощность (номинальная),

n_н – частота вращения (номинальная), e – степень сжатия.

Таблица 3.2. Данные для расчета

Параметры	Значения
Номинальная мощность ,кВт	200
Номинальная частота вращения, мин-1	2300
Число и расположение цилиндров	8-V
Степень сжатия e	16,5
S/D	1,0
Диаметр цилиндра D, мм	125
Ход поршня S, мм	125
Рабочий объем цилиндров Vл, л	11,85
Скорость поршня ,м/с	9,8
Минимальный удельный расход топлива, г/кВт×ч	209
Расположение клапанов	верхнее

В ходе расчета необходимо задаваться некоторыми коэффициентами, принимая во внимание данные по существующим двигателям.

 3.2.3.1 Процессы впуска и выпуска

Задаемся значениями: Т_о; р_о ; Т_r ; р_r; DТ; р_а.

Температура Т_о и давление р_о окружающей среды принимаются в соответствии со стандартными атмосферными условиями

Т_о=273+15=298 К; р_о=0,1 МПа

Температура Т_r и давление р_r остаточных газов зависят от частоты вращения и нагрузки двигателя, сопротивления выпускного тракта, способа наддува.

Для двигателей с газотурбинным наддувом

р_r=( 0,75…0,95 )р_к= ( 0,75÷0,95 )∙0,22 = 0,165 ÷ 0,209 МПа

р_r=0,209 МПа

Давление надувочного воздуха р_к для существующих двигателей

р_к=(1,5…2,2)р_о.= (1,5…2,2)∙0,1 = 0,15 ÷ 0,22 МПа, р_к=0,22 МПа

Температура остаточных газов зависит в основном от коэффициента избытка воздуха a, степени сжатия e, частоты вращения коленчатого вала, нагрузки.

DТ-степень подогрева свежего заряда во впускном тракте зависит от частоты вращения, наличия наддува и принимается для дизельных двигателей  с наддувом 0…10 .

Принимаем значение DТ =10⁰ .

Давление в конце впуска р_а принимается из следующих соотношений

р_а = р_х - Dр_а = 0,22 – 0,022 = 0,198 МПа

У двигателей потери давления Dр_а за счет сопротивления впускного тракта находятся

Dр_а = ( 0,03 ÷ 0,1 )∙р_х = 0,0066 ÷ 0,022 МПа, Dр_а = 0,022МПа

Определяем величины: g_r (коэффициент остаточных газов), Т_a (температура конца наполнения) и h_v (коэффициент наполнения) по следующим формулам

Температура воздуха за компрессором

где n_к – показатель политропы сжатия в компрессоре, принимается в пределах 1,4…2. Примем n_к = 1,6.

В зависимости от принятого значения коэффициента избытка воздуха a определяем массу свежего заряда, введенного в цилиндры двигателя (ориентировочно)

М₁ = a l_о /29  кмоль

где l_o = 14,5 кг. воздуха/ кг топлива – для дизельного двигателя.

М₁ = 1,7∙14,5 / 29=0,85 кмоль

Для принятия значения a необходимо учесть способ смесеобразования, примем 1,7.

Масса воздуха в кмолях

L_o =l_o/29 = 14,5/29 = 0,5 кмоль

Определяем параметры процесса сжатия: n₁; р_с; Т_с; М_с.

3.2.3.2 Процесс сжатия

Показатель политропы сжатия п₁ определяется из соотношения

n₁ = 1,41 – 100/n_н=1,41 – 100/2300=1,366

где n_н – номинальная частота вращения коленчатого вала двигателя.

Давление конца сжатия

Температура конца сжатия

Масса рабочей смеси в конце сжатия

Теплоемкость рабочей смеси в конце сжатия

С_v.c=20,16+1,74×10 ^-3Т_с=20,16+1,74×10 ^-3.1149,58=22,16  кДж/(кмоль.град).

3.2.3.3 Процесс сгорания

Определяют массу продуктов сгорания в цилиндрах двигателя.

где С = 0,87; Н = 0,125 – соответственно элементарный состав топлива для дизтоплива (ориентировочно).

Определяют температуру газов в цилиндре в конце процесса сгорания из уравнений    

С_rz – теплоемкость продуктов сгорания при постоянном давлении:

С_rz =(20,2 + 0,92/a) + (15,5 + 13,8/a) 10 ^–4 Т_z + 8,314

m  – коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси в ходе сгорания

x – коэффициент использования теплоты в ходе сгорания, для дизелей x=0,7…0,9, примем 0,8.

Н_u – низшая теплотворная способность топлива, для дизтоплива .

Подставим и после преобразования получим

0,00244∙Tz² +30,04∙Tz + ( - 66192,74 ) = 0

T_z1 = 2220.46 K

Т_z2 – отрицательная температура, а она не может быть такой в конце процесса сгорания.

Определяем максимальное давление газов в цилиндре по формулам

р_z = l × р_c = 1,5∙8,96 = 13,44 МПа

где l степень повышения давления, которое примем равным 1,5.

 3.2.3.4  Процесс расширения

Определяем параметры процесса расширения: n₂; р_b; Т_b.

Показатель политропны расширения n₂ определяется из соотношения

n₂ = 1,22 + 130 / n_н.=1,22+130/2300=1,276

Давление и температура конца расширения

где  – степень последующего расширения,

 – степень предварительного расширения.

Полученные расчетные значения (указанны в скобках) термодинамических параметров процессов цикла необходимо сопоставить с данными табл. 3.2.

Таблица 3.3. Предельные значения параметров процессов цикла

Тип двигателя	pc , МПа	pz , МПа	Тс , К	Тz ,К	Тb, К
Двигатели с наддувом	6…8 (8,96)	10…15 (13,44)	1000 (1149,58)	1900…2800 (2220,46)	1100…1200 (1082,1)

3.2.3.5 Индикаторные показатели цикла

Определяем среднее индикаторное давление (теоретическое) газов

Определяем среднее индикаторное давление (действительное) газов

p_i = j_п р₁¹

где j_п – коэффициент полноты индикаторной диаграммы, учитывающий ее скругление в ВМТ и НМТ, как результат наличия фаз газораспределения, угла опережения впрыскивания топлива или зажигания, а также скорости сгорания топлива. Значения j_п принимаются для дизельных двигателей 0,9…0,96.

p_i =0,96∙1,26=1,2096 МПа

Определяем индикаторный КПД цикла:

Определяем индикаторный удельный расход топлива

 3.2.3.6 Эффективные показатели двигателя

Определяем среднее давление механических потерь

где с_п – средняя скорость поршня, принимается по двигателю-прототипу (с_п= 9,8 );

а и б – эмпирические коэффициенты, приведенные в табл. 3.3.

Таблица 3.4. Значения коэффициентов 

Тип двигателя	а	б
Дизели с неразделенной камерой сгорания	0,105	0,012
Дизели с разделенной камерой сгорания	0,105	0,0138

Определяем среднее эффективное давление газов

Определяем механический КПД двигателя

Определяем эффективный КПД двигателя

Определяем удельный эффективный расход топлива

Полученные расчетные значения (указаны в скобках) индикаторных и эффективных показателей сопоставляем с данными табл.3.

Таблица 3.5. Предельные значения индикаторных и эффективных показателей современных поршневых двигателей

Тип двигателя	pi, МПа	hi	bi, г/кВт∙ч	pe, МПа	he	be, г/кВт.ч
Дизели с наддувом	0,8…2 ( 1,2096 )	0,42…0,5 ( 0,42 )	200…170 ( 201,68 )	0,7…1,8 ( 0,987 )	0,38…0,45 ( 0,34 )	210…175 ( 246 )

 3.2.3.7 Определение основных размеров двигателя

Определяем рабочий объем одного цилиндра по заданным значениям мощности, частоты вращения и расчетному значению среднего эффективного давления газов (р_е)

где l – число цилиндров двигателя, - тактность двигателя.

Литраж двигателя состовляет 10,432 л.

Выбираем отношение хода (S) поршня к диаметру (D) по прототипу двигателя и задаемся S/D: по прототипу равняется 1,0.

S = (S/D) × D=1,0∙119=119 мм

Определяем литровую мощность по прототипу и по проектируемому двигателю

Результаты теплового расчета сводим в табл. 3.5.

Таблица 3.6. Характеристика двигателей

Параметры двигателя		Ре, кВт	nн, мин-1	e	D, мм	S, мм	S/D	Vл , Л	bе , г/кВт∙ч	Рл, кВт/л
	Прототип	200	2300	16,5	125	125	1,0	11,85	209	16,88
	Проект	200	2300	16,5	119	119	1,0	10,576	246	18,91

 3.2.4 Построение расчетной диаграммы индикаторной

Индикаторная диаграмма дизельного двигателя построена для номинального режима работы двигателя, т. е. при  N_e = 200 кВт  и  n = 2300 мин ^–1, аналитическим методом.

Для дизелей отношение  ОБ/ОХ изменяется в пределах 1…d .

Масштабы диаграммы: масштаб хода поршня M_s= 1 мм в мм; масштаб давлений М_р = 0,05 МПа в мм.

Величины в приведенном масштабе, соответствующие рабочему объему цилиндра и объему камеры сгорания

AB=S/Ms=119/l,0 = 119 мм

ОА = АВ/(ε–1)= 119/(16,5–1)= 7,68 мм

Максимальная высота диаграммы (точка г) p_z/M_p =13,44/0,05=268,8 мм.

Ординаты характерных точек

p_а/M_p =0,198/0,05 = 3,96 мм;

р_с/М_р= 8,96/0,05 = 179,26 мм;

р_b/М_р=0,511/0,05 = 10,22 мм;

р_г/М_р = 0,209/0,05 = 4,18 мм;

р_к/М_р=0,22/0,05=4,4 мм.

Таблица 3.7. Расчет точек политроп

№	ОХ	ОВ/ОХ	Политропа сжатия			Политропа расширения
			(ОВ/ОХ)^n1	px/Mx, мм	рх, Мпа	(ОВ/ОХ)^n2	px/Mx, мм	рх, Мпа
1	7,68	16,49	46,01	179,20	8,96	35,75	268,80	13,44
2	10,00	12,67	32,08	127,06	6,35	25,53	209,35	10,47
3	20,00	6,33	12,45	49,29	2,46	10,54	86,45	4,32
4	40,00	3,17	4,83	19,12	0,96	4,35	35,70	1,78
5	60,00	2,11	2,78	10,99	0,55	2,59	21,28	1,06
6	80,00	1,58	1,87	7,42	0,37	1,80	14,74	0,74
7	90,00	1,41	1,60	6,32	0,32	1,55	12,68	0,63
8	100,00	1,27	1,38	5,47	0,27	1,35	11,09	0,55
9	110,00	1,15	1,21	4,80	0,24	1,20	9,82	0,49
10	126,68	1,00	1,00	3,96	0,20	1,00	8,20	0,41

Рисунок  3.2. Индикаторная диаграмма

Построение политроп сжатия и расширения аналитическим методом

- политропа сжатия p_x=p_a(V_a/Vx)ⁿ¹.

Отсюда

р_х/М_р , мм =(р_а/М_р)(ОВ/ОХ)ⁿ¹= 3,96(133,07/ОХ)^1,36 мм

- политропа расширения p_x=р_b(V_b/V_x)ⁿ².

Отсюда

р_х /М_р, мм =(р_b/М_р)(ОВ/ОХ)ⁿ²= 10,22(133,07/ОХ)^1,282 мм.

Результаты расчета точек политроп приведены в табл. 3.7.

Начало открытия впускного клапана (точка г') устанавливается за 20° до прихода поршня в в.м.т., а закрытие (точка а") – через 56° после прохода поршнем н.м.т.; начало открытия выпускного клапана (точка b') принимается за 56° до прихода поршня в н.м.т., а закрытие (точка а') – через 20° после прохода поршнем в.м.т. Учитывая быстроходность двигателя, угол опережения впрыска равен 20°, а продолжительность периода задержки воспламенения ∆φ>= 8°.

3.2.5 Расчет кинематический двигателя

Конечной целью кинематического расчета двигателя является определение ускорения поршня.  Основными геометрическими параметрами, определяющими законы движения элементов КШМ, являются:

r – радиус кривошипа коленчатого вала (r=59,5 мм),

l_ш – длина шатуна (l_ш =228,8мм).

Таблица 3.  Кинематические параметры двигателя

φ	Пере-меще-ние поршня 1-го рода	Переме-щение поршня 2-го рода	Суммар-ное переме-щение поршня	Ско-рость поршня 1-го рода	Скорость поршня 2-го рода	Суммарная скорость поршня	Ускорение поршня 1-го рода	Ускорение поршня 2-го рода	Суммар-ное ускорение поршня
	Sx1	Sx2	SxСумм	Cn1	Cn2	CnСумм	jn1	jn2	jnСумм
0	0	0	0	0	0	0	3448,175998	896,5257594	4344,70175
30	7,97148	1,93375	9,90523847	7,161816	0,8063009	7,968117639	2986,208011	448,2628797	3434,47089
60	29,75	5,80125	35,55125	12,40463	0,8063009	13,21093131	1724,087999	-448,2628797	1275,82511
90	59,5	7,735	67,235	14,32363	1,14066E-16	14,32363333	2,11226E-13	-896,5257594	-896,52575
120	89,25	5,80125	95,05125	12,40463	-0,80630	11,59832937	-1724,087999	-448,2628797	-2172,3508
150	111,028	1,93375	112,962261	7,161816	-0,806300	6,355515694	-2986,208011	448,2628797	-2537,9451
180	119	0	119	0	0	1,52673E-15	-3448,175998	896,5257594	-2551,6502
210	111,028	1,93375	112,962261	-7,161816	0,806300	-6,35551569	-2986,208011	448,2628797	-2537,9451
240	89,25	5,80125	95,05125	-12,40463	0,806300	-11,5983297	-1724,087999	-448,2628797	-2172,3508
270	59,5	7,735	67,235	-14,32363	0	-14,3236333	-6,33679E-13	-896,5257594	-896,52575
300	29,75	5,80125	35,55125	-12,40463	-0,806300	-13,2109311	1724,087999	-448,2628797	1275,82511
330	7,97148	1,93375	9,90523847	-7,161816	-0,806300	-7,96811769	2986,208011	448,2628797	3434,47089
360	0	0	0	0	0	0	3448,175998	896,5257594	4344,70175

Рисунок 3.3. Кинематические параметры двигателя

Параметр l = r/ l_ш является критерием кинематического подобия КШМ. Для двигателя l = r/ l_ш =0,26.Определяем по формулам перемещение S_x, скорость C_п и ускорение поршня j_п в зависимости от угла поворота коленчатого вала (с интервалом 30^о).

Строим графики перемещения, скорости и ускорения поршня.

3.2.6 Характеристика тяговая автомобиля

Тяговая характеристика автомобиля – график зависимости силы тяги на колесах автомобиля от скорости движение на разных передачах . Силу тяги определяется по формуле

где,  – сила тяги на колёсах автомобиля, Н;

 – КПД трансмиссии;

 – передаточное число трансмиссии;  

– крутящий момент, Н∙м;

 – динамический радиус колеса, м.

Скорость движения автомобиля определяется по формуле

 – частота вращения двигателя, об/мин;  - радиус качении колеса, м;

– передаточное число трансмиссии.

3.2.7 Характеристика динамическая автомобиля

Динамическая характеристика автомобиля – график зависимости динамического фактора  D автомобиля с полной нагрузкой от скорости движения на различных передачах. Динамическим фактором автомобиля называют отношение разности силы тяги на колесах и силы сопротивления воздуха к весу автомобиля

где D – динамический фактор автомобиля;

– сила тяги на колёсах автомобиля, Н;

– полная масса автомобиля, кг; g – ускорение свободного падения, м/с²;

 – сила сопротивления воздуха, Н.

                                                                                                   

3.2.8 Баланс мощностной автомобиля

Уравнение мощностного баланса имеет следующий вид

 – мощность приложенная к колесам со стороны трансмиссии, Вт;

 – мощность затраченная на преодоление сил сопротивления движению, Вт;

 – мощность затраченная на преодоление аэродинамического сопротивления, Вт;

 – мощность затраченная на преодоление сил инерции вращающихся частей, Вт.

В данном расчете возьмем случай прямолинейного равномерного движения автомобиля по дороге с малым подъемом (2%), когда, прилагаемая к колесам, мощность расходуется на преодоление сил сопротивления качению и сопротивления воздуха.

где  – сила тяги на колёсах автомобиля, Н;

 – скорость движения автомобиля, м/с.

где – полная масса автомобиля, кг;

g – ускорение свободного падения, м/с²;

 – коэффициент сопротивления качению.

где  – плотность воздуха, кг/м³;

 – коэффициент динамического сопротивления;

 – площадь лобового сечении, м².

3.2.9 Определение ускорения автомобиля

Ускорение автомобиля на разных передачах определяем по формуле

где j – ускорение автомобиля, м/с²;

D – динамический фактор;

 – коэффициент сопротивления движению;

g – ускорение свободного падения, м/с²;

 – коэффициент влияния вращающихся масс автомобиля.

3.2.10 Вычисление угла подъема автомобиля

Максимальный угол подъема автомобиля по тяге определяется по формуле

где – максимальный динамический фактор;

 – коэффициент сопротивления качению;

Максимальный угол подъема автомобиля по сцеплению определяется по формуле

где φ – коэффициент сцепления шин с дорогой; 

 – коэффициент сопротивления качению.

Максимальный угол подъема автомобиля

                   3.2.11 Показатель топливный автомобиля

Рассчитаем топливную экономичность при изменении

Расход приходящийся на преодоление сопротивления качению, при

Расход приходящийся на преодоление сопротивления качению, при

Перерасход составит

Расход автомобиля при максимальной мощности

Общий перерасход составит)

Расход автомобиля в литрах

Расход автомобиля в литрах, после изменения

При увеличении коэффициента сопротивления качения перерасход составит 7,27%

Рисунок 3.4. Эффективная мощность

Рисунок 3.5. Тягово-скоростная характеристика

Рисунок 3.6. Динамический фактор

Рисунок 3.7. Мощностной баланс автомобиля

Рисунок 3.8. Ускорение автомобиля

Рисунок 3.9. Обратное ускорение автомобиля

Рисунок 3.10. Время разгона автомобиля

Рисунок 3.11. Путь разгона автомобиля

 3.3 РАСЧЕТ ДИНАМИЧЕСКИЙ ДВИГАТЕЛЯ

В ходе динамического расчета определяют силы и моменты, действующие на детали кривошипно-шатунного механизма (КШМ).

Рисунок 3.12. Развернутая индикаторная диаграмма двигателя

Строим развернутую диаграмму давления газов в координатах р_г - j ^о п.к.в, используя построенную свернутую индикаторную диаграмму (Приложение 1) действительного цикла в ходе теплового расчета двигателя. Перестроение индикаторной диаграммы в развернутую выполняется графическим путем по методу проф. Ф.А. Брикса. Развертку индикаторной диаграммы начинают от ВМТ в процессе хода впуска. На этой диаграмме наносим также давление от инерционных сил ( р_j ) и давление от суммарных сил (р₁ )

р₁ = р_г ± р_j

где р_j = F_j /pD²/4 .

Определяем силу инерции, действующую на детали КШМ, движущихся поступательно по формуле

Тип двигателя	Масса поршневой группы (поршень из алюмин. сплава)  ,	Масса шатуна ,
Дизель (D=80…150мм)	28	35

F_j = - m_j× j_n ,

где m_j – масса деталей КШМ, движущихся поступательно:

где = m_уд.п∙F_п= m_уд.п∙π∙D²/4=28∙3,14∙11,9²/4=2957,63г = 2,958 кг – масса поршневой группы,

– масса шатуна, отнесенная к поршневому пальцу

0,275∙3,697=1,017 кг

=m_{уд ш}∙π∙D²/4= 35∙3,14∙11,9²/4=3697,04 г =3,697 кг – масса шатуна;

j_n – ускорение поршня.

Поправка Брикса

Таблица 3.7. Расчет сил, давления действующих в КШМ двигателя

	Рг,Мпа	jп, м/с2	Fi,Н	Рj,Мпа	∑P1,Мпа
0	0,21	4344,70	-17270,19	-1,55	-1,34
30	0,21	3434,47	-13652,02	-1,23	-1,02
60	0,21	1275,83	-5071,40	-0,46	-0,25
90	0,21	-896,53	3563,69	0,32	0,53
120	0,21	-2172,35	8635,09	0,78	0,99
150	0,21	-2537,95	10088,33	0,91	1,12
180	0,21	-2551,65	10142,81	0,91	1,12
210	0,21	-2537,95	10088,33	0,91	1,12
240	0,24	-2172,35	8635,09	0,78	1,02
270	0,36	-896,53	3563,69	0,32	0,68
300	0,73	1275,83	-5071,40	-0,46	0,28
330	2,48	3434,47	-13652,02	-1,23	1,25
360	8,52	4344,70	-17270,19	-1,55	6,96
380	13,44	3927,00	-15609,84	-1,40	12,04
390	5,51	3434,47	-13652,02	-1,23	4,28
420	1,75	1275,83	-5071,40	-0,46	1,29
450	0,89	-896,53	3563,69	0,32	1,21
480	0,62	-2172,35	8635,09	0,78	1,39
510	0,51	-2537,95	10088,33	0,91	1,42
540	0,21	-2551,65	10142,81	0,91	1,12
570	0,21	-2537,95	10088,33	0,91	1,12
600	0,21	-2172,35	8635,09	0,78	0,99
630	0,21	-896,53	3563,69	0,32	0,53
660	0,21	1275,83	-5071,40	-0,46	-0,25
690	0,21	3434,47	-13652,02	-1,23	-1,02
720	0,21	4344,70	-17270,19	-1,55	-1,34

Определяем и строим суммарную силу, действующую на поршень.

где численные значения суммарного давления берутся из диаграммы.

Определяем силы F_N ; F_s ; F_к и F_t с интервалом 30^о, оформляем их значения в табличной форме и строим развернутые диаграммы сил, действующих в КШМ двигателя.

Боковая сила, прижимающая поршень к цилиндру

                                                 F_N = F_å× tgb                                            (49)

Сила, действующая вдоль шатуна

                                                   F_s=F_å /cosb                                            (50)

Сила, направленная по радиусу кривошипа

Тангенциальная сила, создающая вращающий момент на коленчатом валу

Рисунок 3.13. Диаграмма суммарной силы

Результаты расчета сводятся в таблице 3.8.

Таблица 3.8.  Расчет сил, действующих в КШМ двигателя

	∑FкН	FN,кН	Fs,кН	Fk,кН	Ft,кН
0	-14,946865	0	-14,94686502	-14,94686502	0
30	-11,3286973	-1,370772376	-11,24994769	-9,130930044	-6,853861881
60	-2,74808038	-0,579844961	-2,688924055	-0,871141482	-2,671134133
90	5,887014359	1,442318518	5,715547921	-1,442318518	5,887014359
120	10,95841921	2,312226453	10,72252369	-7,484600319	8,328398598
150	12,41165636	1,50181042	12,32537871	-11,49319379	4,902604263
180	12,46613416	0	12,46613416	-12,46613416	0
210	12,42277275	-1,503155502	12,33641782	-11,50348756	-4,906995235
240	11,32525991	-2,389629842	11,08146762	-7,73515252	-8,607197533
270	7,543355724	-1,848122152	7,323646334	-1,848122152	-7,543355724
300	3,065788971	-0,646881473	2,999793514	0,971855104	-2,97994688
330	13,87214747	-1,678529844	13,77571745	11,18095086	-8,392649219
360	77,38582879	0	77,38582879	77,38582879	0
390	47,62149233	5,762200572	47,29045912	38,38292282	28,81100286
420	14,39338529	3,037004295	14,08354725	4,562703136	13,9903705
450	13,45727254	3,297031773	13,06531315	-3,297031773	13,45727254
480	15,47167152	3,26452269	15,13862184	-10,56715165	11,75847035
510	15,7910374	1,910715526	15,68126852	-14,62250063	6,237459773
540	12,46613416	0	12,46613416	-12,46613416	0
570	12,41165636	-1,50181042	12,32537871	-11,49319379	-4,902604263
600	10,95841921	-2,312226453	10,72252369	-7,484600319	-8,328398598
630	5,887014359	-1,442318518	5,715547921	-1,442318518	-5,887014359
660	-2,74808038	0,579844961	-2,688924055	-0,871141482	2,671134133
690	-11,3286973	1,370772376	-11,24994769	-9,130930044	6,853861881
720	-14,946865	0	-14,94686502	-14,94686502	0

Рисунок 3.15. Диаграмма вращающего момента одного цилиндра двигателя
где r – радиус кривошипа, r = S/2.
                                                   Т_e = F_t × r                                               (53)
Строим диаграмму вращающего момента, снимаемого с коленчатого валаРисунок 3.14. Диаграммы сил, действующих в КШМ двигателя

Рисунок 3.16. Диаграмма восьмицилиндрового двигателя

Для построения диаграммы суммарного вращающего момента многоцилиндрового двигателя производим алгебраическое сложение величин Т_е одноцилиндрового двигателя с угловым сдвигом 720/i = 720/8 = 90 (i – число цилиндров).

Таким образом, диаграмму величин Т_е  необходимо разделить на 8 частей и алгебраически сложить их ординаты независимо от порядка работы цилиндров.

 3.4 ПРОЕКТ СХЕМЫ КОМПОНОВОЧНОЙ АВТОМОБИЛЯ И РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ КОМПОНОВОЧНЫХ

 Принимаем схему, обеспечивающую независимость вертикальных колебаний передней и задней подвески, а также несвязанность свободных вертикальных и угловых колебаний подрессоренной массы.

3.4.1 Вычисление коэффициента распределения массы подрессоренной

Значение параметра ε выбирается равным 0,8, что обеспечивает несвязность передней и задней подвесок автомобиля.

3.4.2 Вычисление расстояний от центра тяжести до осей

Определение расстояний a и b необходимо, как при расчете параметров колебаний подрессоренной и неподрессоренной масс, так и при определении распределения нагрузок по осям автомобиля.

Расстояние от передней балки до центра тяжести

Расстояние от заднего моста до центра тяжести                   

где m_a1 – вес приходящийся на переднюю ось;

m_a2 – вес приходящийся на заднюю ось;

L – колесная база автомобиля, мм.

3.4.2 Перераспределение нагрузок по осям

Распределение нагрузок по осям полностью загруженного автомобиля

- на переднюю ось 109 кН;

- на заднюю ось 319,1 кН.

3.4.3 Вычисление весов частей подрессоренных и неподрессоренных, приходящихся на  подвески переднюю и заднюю

Для улучшения параметров плавности хода автомобиля целесообразно выполнение следующего условия

где G_ПМЗ, G_ПМП – веса подрессоренных масс, приходящихся на заднюю и переднюю подвески соответственно, кН.

Распределение весов неподрессоренной части автомобиля

- на заднюю подвеску 43,63 кН;

- на переднюю подвеску 14,86 кН.

Значения этих весов используются при определении подпессоренной и неподрессоренной масс автомобиля, при расчетах параметров колебаний.

3.4.4 Вычисление масс приведенных подвесок передней и задней части подрессоренной автомобиля

Определим величину подрессоренной массы автомобиля                                 

При принятом значении ε=0,8 значение приведенных масс, приходящихся на переднюю и заднюю подвески

3.4.5 Определение жесткости приведенной

Несвязность вертикальных и продольных угловых колебаний подрессоренной массы обеспечивается при выполнении условия

где С_ПРП, С_ПРЗ – приведенные жесткости передней и задней подвесок соответственно.

Эти величины можно определить из условия равенства статических прогибов передней и задней подвесок.

Соотношение упругости рессор и упругости шин выбирается из условия

Принимаем

Тогда суммарная жесткость рессор и шин передней и задней подвесок

3.5.6 Расчет массы неподрессоренной автомобиля

При полной загрузке грузовых автомобилей относительная масса неподрессоренных частей принимается из условия

Таким образом, определены основные параметры подрессоривания автомобиля, необходимые для расчета характеристик плавности хода при заданных условиях дорожного движения.

3.5 АРГУМЕНТАЦИЯ ВЫБОРА СХЕМЫ ЭКВИВАЛЕНТНОЙ РАСЧЕТНОЙ АВТОМОБИЛЯ ПРОЕКТИРУЕМОГО. УРАВНЕНИЕ ДВИЖЕНИЯ СИСТЕМЫ КОЛЕБАТЕЛЬНОЙ

Компоновочная схема подрессоривания автомобиля обеспечивает независимость вертикальных колебаний передней и задней подвесок.

При расчете вынужденных колебаний учитывается характер воздействия на автомобиль со стороны дороги.

Скорость движения автомобиля в карьере 24 м/с.

Для расчета параметров колебаний подрессоренной и неподрессоренной масс автомобиля может быть использована следующая упрощенная эквивалентная схема

Рисунок 3.11.  Эквивалентная схема.

3.6 ПАРАМЕТРЫ ПЛАВНОСТИ ХОДА АВТОМОБИЛЯ ПРОЕКТИРУЕМОГО

3.6.1 Определение частот собственных системы

Рссчитаем значения коэффициентов затухания

где К – приведенный коэффициент неупругих сопротивлений в подвеске

ŋ₃ – коэффициент неупругого сопротивления в подвеске.

Значения коэффициентов периодичности

3.7.2 Расчет колебаний вынужденных. Построение характеристики амплитудно-частотной

Так как на поверхности автомобиль едет с большей скоростью, то при такой скорости частота вынужденных колебаний от неровностей дороги составляет

При увеличении скорости движения синхронность колебаний подрессоренной и неподрессоренной масс отсутствует. При этом подрессоренная масса испытывает высокочастотные толчки с возрастающей интенсивностью, которые достигают максимальных значений при высокочастотном резонансе с частотой от дороги примерно равной собственной частоте колебаний неподрессоренной массы на рессорах и шинах.

Амплитуда вынужденных колебаний подрессоренной массы при движении по неровным дорогам с выбоинами

где λ=ν/ω – отношение частот возбуждения дороги к частоте собственных колебаний;

у=(М_ПР∙ω)/ŋ₃ – коэффициент усиления в резонансе.

Определим следующие параметры

При заданном значении неровностей q₀=0,06 м, значение перемещений подресоренной массы равно

Максимальное ускорение подрессоренной массы составит

Амплитуда движения подрессоренной массы относительно дороги определяется из выражения

При отношении λ>1 значения относительной амплитуды приближается к значению амплитуды возмущающей функции дороги.

На основании проведенных расчетов можно сделать вывод о необходимости подвески, которая будет снижать ускорение, передаваемое автомобилю от неровностей дороги, и создавать для пассажиров более комфортные условия.

Определим параметры плавности хода автомобиля при вынужденных колебаниях.

Примем, что проектируемый автомобиль движется по дороге с непрерывным гармоническим профилем, возмущающая функция которого описывается уравнением

где q₀ – высота неровности дороги;

ν – частота колебаний при движении автомобиля.

Подставив известные значения ν_і, ω, ω_К, К, μ, q_і получим значения параметров Z_νі и z_νі. Результаты представим в виде таблицы 3.4.

Рисунок 3.12. АЧХ автомобиля

Для построения амплитудно-частотной-характеристики автомобиля вычислим значения параметров Z_νі и z_νі при изменении частот вынужденных колебаний в условиях движения в карьере и на поверхности.

Определение параметров выполняется в последовательности, упомянутой выше.

Таблица 3.4. Данные для построения АЧХ автомобиля

Частота вынужденных колебаний	δ0і	Өі	ZνПі, см	zνПі, см/с2
5	-1572,25	174637,5	1,37	34,13
10	-1122,25	-7284,36	35,01	3317,81
20	677,75	-622472	0,4	159,82
30	3677,75	-1247784	0,21	188,8
40	7877,75	-1283222	0,22	347,88
50	13277,75	111215,6	2,61	6697,39
60	19877,75	4015528	0,08	289,81
70	27677,75	11749716	0,03	145,56
80	36677,75	24873778	0,02	96,89
90	46877,75	45187716	0,01	72,70
100	58277,75	74731528	0,01	58,30
110	70877,75	1,16Е+08	0,00	48,77

По результатам вычислений строим АЧХ проектируемого автомобиля.

Из графика видно, что интенсивность колебаний зависит от частоты возбуждения ν.

Амплитудно-частотная характеристика вертикальных колебаний подрессоренной массы имеет вид кривой с пиковым значением Z при низкочастотном (2,61 1/с) и высокочастотном (35,01 1/с) резонансах.

Наиболее опасные колебания ПМ возникают в резонансных зонах. При заданных скоростях движения автомобиля и условиях дорожного движения на поверхности перемещения и ускорения подрессоренной массы, они характеризуют плавность хода автомобиля.