Разработка гусеничного движителя для автомобиля УАЗ-3151 «Хантер»
|
Введение 7
1 Техническое обоснование объекта проектирования 11
1.1 Методы повышения проходимости транспортных средств 11
1.2 Тяговые и опорно-сцепные параметры проходимости 16
1.3 Способы повышения тяговых и опорно-сцепных параметров
проходимости 23
1.4 Общие сведенья о машинах с гусеничными движителями 26
2 Тяговый расчет проектируемого транспортного средства 28
2.1 Исходные данные 28
2.2 Определение параметров автомобиля 28
2.3 Расчет внешней скоростной характеристики двигателя 30
2.4 Определение передаточного числа главной передачи 33
2.5 Определение передаточных чисел коробки передач 33
2.6 Тяговый баланс автомобиля 34
2.7 Время и путь разгона автомобиля 54
2.8 Мощностной баланс автомобиля 57
2.9 Топливно-экономическая характеристика транспортного средства ... 58
3 Разработка конструкции ходовой системы повышенной проходимости
для автомобиля УАЗ-3151 «Хантер» 61
3.1 Современные методы повышения проходимости колёсных автомобилей 61
3.2 Обзор конструкций гусеничных движителей 67
3.3 Разработка структурной схемы гусеничного движителя для
автомобиля УАЗ-2151 «Хантер» 73
3.4 Конструкторские расчёты разрабатываемого гусеничного движителя 75
4 Охрана труда и безопасность объекта проектирования 80
4.1 Характеристика объекта проектирования (технологического процесса
сборочных работ) 80
4.2 Идентификация профессиональных рисков 80
4.3 Методы и средства снижения профессиональных рисков 85
4.4 Обеспечение пожарной безопасности технического объекта 88
4.5 Обеспечение экологической безопасности технического объекта 90
5 Экономический раздел дипломного проекта 92
5.1 Анализ объекта дипломного проектирования 92
5.2 Исходные данные для расчета 92
5.3 Расчет затрат на материалы 93
5.4 Расчет затрат на покупные изделия и полуфабрикаты 94
5.5 Расчет затрат на заработную плату 95
Заключение 98
Список используемых источников 100
Приложение А Графики тягового расчета 103
1 Техническое обоснование объекта проектирования 11
1.1 Методы повышения проходимости транспортных средств 11
1.2 Тяговые и опорно-сцепные параметры проходимости 16
1.3 Способы повышения тяговых и опорно-сцепных параметров
проходимости 23
1.4 Общие сведенья о машинах с гусеничными движителями 26
2 Тяговый расчет проектируемого транспортного средства 28
2.1 Исходные данные 28
2.2 Определение параметров автомобиля 28
2.3 Расчет внешней скоростной характеристики двигателя 30
2.4 Определение передаточного числа главной передачи 33
2.5 Определение передаточных чисел коробки передач 33
2.6 Тяговый баланс автомобиля 34
2.7 Время и путь разгона автомобиля 54
2.8 Мощностной баланс автомобиля 57
2.9 Топливно-экономическая характеристика транспортного средства ... 58
3 Разработка конструкции ходовой системы повышенной проходимости
для автомобиля УАЗ-3151 «Хантер» 61
3.1 Современные методы повышения проходимости колёсных автомобилей 61
3.2 Обзор конструкций гусеничных движителей 67
3.3 Разработка структурной схемы гусеничного движителя для
автомобиля УАЗ-2151 «Хантер» 73
3.4 Конструкторские расчёты разрабатываемого гусеничного движителя 75
4 Охрана труда и безопасность объекта проектирования 80
4.1 Характеристика объекта проектирования (технологического процесса
сборочных работ) 80
4.2 Идентификация профессиональных рисков 80
4.3 Методы и средства снижения профессиональных рисков 85
4.4 Обеспечение пожарной безопасности технического объекта 88
4.5 Обеспечение экологической безопасности технического объекта 90
5 Экономический раздел дипломного проекта 92
5.1 Анализ объекта дипломного проектирования 92
5.2 Исходные данные для расчета 92
5.3 Расчет затрат на материалы 93
5.4 Расчет затрат на покупные изделия и полуфабрикаты 94
5.5 Расчет затрат на заработную плату 95
Заключение 98
Список используемых источников 100
Приложение А Графики тягового расчета 103
Целью выпускной квалификационной работы является максимально полное раскрытие студентом практических знаний, полученных в процессе обучения и возможности применения полученных знаний для решения практических задач. Актуальность темы дипломного проекта определяется спектром задач, стоящих перед экономикой и промышленностью. В настоящее время на рынке транспортных средств остро стоит вопрос о применении транспортных средств повышенной проходимости и разработке устройств, способных значительно повысить проходимость транспортного средства без значительной доработки трансмиссии и подвески автомобиля.
Тема дипломного проекта «Разработка гусеничного движителя для автомобиля УАЗ-3151 «Хантер»». В рамках выпускной квалификационной работы проведена разработка конструкции гусеничного движителя, применяемого на автомобиле УАЗ. Данное устройство отвечает вопросу актуальности выполнения дипломного проекта и способно повысить проходимость транспортного средства, не подвергая его трансмиссию и ходовую часть значительным доработкам.
Для описания предполагаемых работ, рассмотрим объект дипломного проектирования с точки зрения декомпозиции на составные части.
«Автомобиль состоит из трех основных частей: двигателя, шасси и кузова.
Шасси составляет основу автомобиля и состоит из трансмиссии, ходовой части и механизмов управления.» [1]
«Ходовая система (часть) автомобиля - это комплекс узлов, предназначенный для перемещения автомобиля по дороге. Механизмы ходовой части позволяют водителю и пассажирам двигаться с определенной степенью комфорта и безопасности.
Ходовая часть автомобиля состоит из основных узлов: рама (для современных легковых автомобилей - несущий кузов), балки мостов, подвески колес (передняя и задняя), колёса и шины. Каждый из этих элементов выполняя определенные функции, в итоге, позволяет людям в автомобиле в малой степени испытывать разнообразные механические колебания, передвигаться в авто в комфортных условиях, а средства активной и пассивной безопасности обеспечивают относительную сохранность здоровья и жизни людей в аварийных ситуациях.» [2].
«Для такой страны, как наша, с продолжительными снежными зимами на значительной части ее территории, с обширными пространствами, еще не имеющими даже грунтовых дорог, наконец, с пустынными и степными массивами в южных районах транспорт повышенной проходимости играет огромную роль. Автомобили для эксплуатации на грунтовых дорогах или шоссе создавать значительно проще, чем внедорожные. Трудность в том, что болотистая почва, снег, песок по своим физическим свойствам, в частности способности воспринимать вертикальную нагрузку и сопротивляться приложенному к грунту тяговому усилию, очень разнообразны. Скорее всего нет возможности создать универсальную для всех грунтов машину, которая двигалась бы посредством сцепления движителя с почвой.» [21]
Основным конструктивным фактором, отвечающим за проходимость транспортного средства, является конструкция его ходовой части.
«Проходимость автомобиля является эксплуатационным свойством, имеющим важное значение для любых автомобилей, особенно работающих в условиях бездорожья. Проходимость в таких условиях эксплуатации определяет среднюю скорость движения и оказывает существенное влияние на производительность автомобиля.
Проходимость автомобиля оценивается габаритными, тяговыми и опорно-сцепными параметрами, а также комплексным фактором проходимости.
Одним из основных способов повышения проходимых качеств автомобилей в условиях отсутствия дорог является применение полугусеничного и гусеничного ходов (полугусеничных и гусеничных движителей).» [3]
«Гусеница - замкнутая сплошная лента или цепь из шарнирно-соединённых звеньев, применяемая в гусеничном ходу. На внутренней поверхности гусеницы имеются впадины или выступы, с которыми взаимодействуют ведущие колёса машины. Внешняя поверхность гусеницы снабжена выступами (шпорами), которые обеспечивают сцепление с грунтом. Гусеницы могут быть металлическими, резино-металлическими и резиновыми. Наибольшее распространение получили металлические гусеницы с разборными или неразборными звеньями. Для повышения износостойкости и срока службы гусеницы их звенья, а также соединительные элементы (пальцы, втулки) изготовляют из специальной высокомарганцовистой стали и подвергают термической обработке.» [1]
Гусеница обеспечивает движение транспортного средства в условиях бездорожья в первую очередь за счет своей гибкости и эластичности. Важным свойством гусеницы, как движителя, является способность выдерживать значительные нагрузки как в продольном, так и в поперечном направлении, при этом обладая свойством самоочистки от грязи и снега. Также гусеница обеспечивает сцепление с дорожным покрытием большее, чем колесные движители. В первую очередь это достигается за счет многократно большего пятна контакта. Также транспортные средства на гусеничном ходу имеют лучшее соотношение мощности и расхода топлива за счет малых механических потерь на перематывание гусеницы. Благодаря большому пятну контакта на нестабильных грунтах транспортное средство не проваливается, поскольку в этом случае удельное давление движителя на грунт ниже, чем в случае с колесным движителем.
Таким образом, цель дипломного проекта может быть сформулирована следующим образом. Целью дипломного проекта будет повышение проходимости автомобиля УАЗ-3151 «Хантер» путем разработки гусеничного движетеля и технологии для быстрой замены колесного движителя на гусеничный.
Достижение поставленной цели требует решения ряда взаимосвязанных задач в рамках выпускной квалификационной работы:
- выполнить анализ факторов, влияющих на проходимость транспортных средств и оценить влияние каждого из них;
- произвести анализ факторов, оказывающих влияние на проходимость транспортных средств вне дорог общего пользования;
- выявить возможные способы увеличения проходимости транспортных средств;
- произвести анализ различных типов движителей для транспортных средств повышенной проходимости, включая гусеничные;
- произвести тяговый расчет автомобиля, взятого в качестве базового;
- разработать конструкцию быстромонтируемых гусеничных движителей для автомобиля повышенной проходимости;
- выполнить расчет прочностных и силовых характеристик узлов и деталей разработанной конструкции;
- произвести разработку технологического процесса сборки гусеничного движителя;
- в рамках технологического процесса произвести разработку технологическую карту;
- произвести разработку безопасности производства работ и произвести анализ опасных и вредных производственных факторов;
- выполнить расчет себестоимости изготовления гусеничного движителя;
Выполнение поставленных задач будет являться основанием для того, чтобы считать выпускную квалификационную работу завершенной.
Тема дипломного проекта «Разработка гусеничного движителя для автомобиля УАЗ-3151 «Хантер»». В рамках выпускной квалификационной работы проведена разработка конструкции гусеничного движителя, применяемого на автомобиле УАЗ. Данное устройство отвечает вопросу актуальности выполнения дипломного проекта и способно повысить проходимость транспортного средства, не подвергая его трансмиссию и ходовую часть значительным доработкам.
Для описания предполагаемых работ, рассмотрим объект дипломного проектирования с точки зрения декомпозиции на составные части.
«Автомобиль состоит из трех основных частей: двигателя, шасси и кузова.
Шасси составляет основу автомобиля и состоит из трансмиссии, ходовой части и механизмов управления.» [1]
«Ходовая система (часть) автомобиля - это комплекс узлов, предназначенный для перемещения автомобиля по дороге. Механизмы ходовой части позволяют водителю и пассажирам двигаться с определенной степенью комфорта и безопасности.
Ходовая часть автомобиля состоит из основных узлов: рама (для современных легковых автомобилей - несущий кузов), балки мостов, подвески колес (передняя и задняя), колёса и шины. Каждый из этих элементов выполняя определенные функции, в итоге, позволяет людям в автомобиле в малой степени испытывать разнообразные механические колебания, передвигаться в авто в комфортных условиях, а средства активной и пассивной безопасности обеспечивают относительную сохранность здоровья и жизни людей в аварийных ситуациях.» [2].
«Для такой страны, как наша, с продолжительными снежными зимами на значительной части ее территории, с обширными пространствами, еще не имеющими даже грунтовых дорог, наконец, с пустынными и степными массивами в южных районах транспорт повышенной проходимости играет огромную роль. Автомобили для эксплуатации на грунтовых дорогах или шоссе создавать значительно проще, чем внедорожные. Трудность в том, что болотистая почва, снег, песок по своим физическим свойствам, в частности способности воспринимать вертикальную нагрузку и сопротивляться приложенному к грунту тяговому усилию, очень разнообразны. Скорее всего нет возможности создать универсальную для всех грунтов машину, которая двигалась бы посредством сцепления движителя с почвой.» [21]
Основным конструктивным фактором, отвечающим за проходимость транспортного средства, является конструкция его ходовой части.
«Проходимость автомобиля является эксплуатационным свойством, имеющим важное значение для любых автомобилей, особенно работающих в условиях бездорожья. Проходимость в таких условиях эксплуатации определяет среднюю скорость движения и оказывает существенное влияние на производительность автомобиля.
Проходимость автомобиля оценивается габаритными, тяговыми и опорно-сцепными параметрами, а также комплексным фактором проходимости.
Одним из основных способов повышения проходимых качеств автомобилей в условиях отсутствия дорог является применение полугусеничного и гусеничного ходов (полугусеничных и гусеничных движителей).» [3]
«Гусеница - замкнутая сплошная лента или цепь из шарнирно-соединённых звеньев, применяемая в гусеничном ходу. На внутренней поверхности гусеницы имеются впадины или выступы, с которыми взаимодействуют ведущие колёса машины. Внешняя поверхность гусеницы снабжена выступами (шпорами), которые обеспечивают сцепление с грунтом. Гусеницы могут быть металлическими, резино-металлическими и резиновыми. Наибольшее распространение получили металлические гусеницы с разборными или неразборными звеньями. Для повышения износостойкости и срока службы гусеницы их звенья, а также соединительные элементы (пальцы, втулки) изготовляют из специальной высокомарганцовистой стали и подвергают термической обработке.» [1]
Гусеница обеспечивает движение транспортного средства в условиях бездорожья в первую очередь за счет своей гибкости и эластичности. Важным свойством гусеницы, как движителя, является способность выдерживать значительные нагрузки как в продольном, так и в поперечном направлении, при этом обладая свойством самоочистки от грязи и снега. Также гусеница обеспечивает сцепление с дорожным покрытием большее, чем колесные движители. В первую очередь это достигается за счет многократно большего пятна контакта. Также транспортные средства на гусеничном ходу имеют лучшее соотношение мощности и расхода топлива за счет малых механических потерь на перематывание гусеницы. Благодаря большому пятну контакта на нестабильных грунтах транспортное средство не проваливается, поскольку в этом случае удельное давление движителя на грунт ниже, чем в случае с колесным движителем.
Таким образом, цель дипломного проекта может быть сформулирована следующим образом. Целью дипломного проекта будет повышение проходимости автомобиля УАЗ-3151 «Хантер» путем разработки гусеничного движетеля и технологии для быстрой замены колесного движителя на гусеничный.
Достижение поставленной цели требует решения ряда взаимосвязанных задач в рамках выпускной квалификационной работы:
- выполнить анализ факторов, влияющих на проходимость транспортных средств и оценить влияние каждого из них;
- произвести анализ факторов, оказывающих влияние на проходимость транспортных средств вне дорог общего пользования;
- выявить возможные способы увеличения проходимости транспортных средств;
- произвести анализ различных типов движителей для транспортных средств повышенной проходимости, включая гусеничные;
- произвести тяговый расчет автомобиля, взятого в качестве базового;
- разработать конструкцию быстромонтируемых гусеничных движителей для автомобиля повышенной проходимости;
- выполнить расчет прочностных и силовых характеристик узлов и деталей разработанной конструкции;
- произвести разработку технологического процесса сборки гусеничного движителя;
- в рамках технологического процесса произвести разработку технологическую карту;
- произвести разработку безопасности производства работ и произвести анализ опасных и вредных производственных факторов;
- выполнить расчет себестоимости изготовления гусеничного движителя;
Выполнение поставленных задач будет являться основанием для того, чтобы считать выпускную квалификационную работу завершенной.
Результаты достижения поставленных задач в рамках выполнения выпускной квалификационной работы отражены в связанных между собой разделах расчетно-пояснительной записки и в приложениях.
В первом разделе дипломного проекта произведен анализ различных факторов, влияющих на проходимость транспортного средства. Выявлены как геометрические параметры, так и факторы, связанные с особенностью конструкции ходовой части транспортного средства. В частности, определено, что на проходимость транспортного средства значительное влияние оказывает геометрическая проходимость. Однако, при движении по нестабильным грунтам возможно проваливание транспортного средства, в результате чего, величина клиренса нивелируется глубиной проваливания. В случае полного проваливания и опирания транспортного средства днищем на грунт, транспортное средство теряет проходимость полностью, поскольку теряется сцепление движителя с грунтом. Таким образом, можно сделать вывод, что одним из способов повышения проходимости будет являться снижение удельного давления на грунт, чтобы избежать проваливания и уменьшения клиренса. Средством, позволяющим значительно снизить удельное давление транспортного средства на грунт, будет являться гусеничный движитель. Разработка движителя такого типа будет производиться в рамках конструкторской части выпускной квалификационной работы.
Результатом выполнения второго раздела явилось выполнение тягового расчета автомобиля УАЗ-3151 «Хантер». Рассчитана мощность и крутящий момент двигателя на различных оборотах. Произведен расчет динамики разгона и ускорений, исходя из передаточных чисел коробки передач и главной передачи. Произведен расчет силового баланса и определена максимальная скорость транспортного средства. Исходя из определенных ранее параметров, определен путь и время разгона. Рассчитана топливная экономичность транспортного средства. Результаты тягового расчета в виде графиков вынесены на лист графической части и отражены в приложении А расчетно-пояснительной записки.
Результатом выполнения раздела явился анализ конструкции различных типов гусеничных движителей. Выявлены преимущества и недостатки каждой из конструкций. На основании произведенного анализа была выбрана гусеничная схема с подрессоренными массами, устанавливаемыми на оси ведущих и ведомых колес. В соответствии с выбранной конструкторской схемой была определена расчетная схема наиболее нагруженных узлов. Выполнен расчет осей катков, как воспринимающих нагрузку от веса автомобиля и усилий, передаваемых дорожными неровностями.
В разделе был произведен анализ деятельности на сборочном участке предприятия, осуществляющем сборку гусеничных движителей для автомобиля УАЗ-3151. Выявлены вредные и опасные производственные факторы, произведена их классификация. В соответствии с выявленными факторами произведена разработка мероприятий по снижению их воздействия на рабочих, либо их полной нейтрализации. Разработаны мероприятия по снижению пожарной опасности, в соответствии с выявленными классами пожарной опасности. Разработаны мероприятия по снижению антропогенного воздействия предприятия на окружающую среду.
В экономическом разделе был произведен расчет себестоимости изготовления конструкции гусеничного движителя. Определены расходы по основным статьям затрат. Определены наиболее расходные статьи затрат на производство конструкции. На основании произведенного расчета можно сделать вывод, что разработанная конструкция находится в рыночном ценовом сегменте, а разработанная конструкция гусеничных движителей будет являться конкурентной по цене.
На основании всего изложенного, считаем поставленные в рамках выпускной квалификационной работы задачи выполненными.
В первом разделе дипломного проекта произведен анализ различных факторов, влияющих на проходимость транспортного средства. Выявлены как геометрические параметры, так и факторы, связанные с особенностью конструкции ходовой части транспортного средства. В частности, определено, что на проходимость транспортного средства значительное влияние оказывает геометрическая проходимость. Однако, при движении по нестабильным грунтам возможно проваливание транспортного средства, в результате чего, величина клиренса нивелируется глубиной проваливания. В случае полного проваливания и опирания транспортного средства днищем на грунт, транспортное средство теряет проходимость полностью, поскольку теряется сцепление движителя с грунтом. Таким образом, можно сделать вывод, что одним из способов повышения проходимости будет являться снижение удельного давления на грунт, чтобы избежать проваливания и уменьшения клиренса. Средством, позволяющим значительно снизить удельное давление транспортного средства на грунт, будет являться гусеничный движитель. Разработка движителя такого типа будет производиться в рамках конструкторской части выпускной квалификационной работы.
Результатом выполнения второго раздела явилось выполнение тягового расчета автомобиля УАЗ-3151 «Хантер». Рассчитана мощность и крутящий момент двигателя на различных оборотах. Произведен расчет динамики разгона и ускорений, исходя из передаточных чисел коробки передач и главной передачи. Произведен расчет силового баланса и определена максимальная скорость транспортного средства. Исходя из определенных ранее параметров, определен путь и время разгона. Рассчитана топливная экономичность транспортного средства. Результаты тягового расчета в виде графиков вынесены на лист графической части и отражены в приложении А расчетно-пояснительной записки.
Результатом выполнения раздела явился анализ конструкции различных типов гусеничных движителей. Выявлены преимущества и недостатки каждой из конструкций. На основании произведенного анализа была выбрана гусеничная схема с подрессоренными массами, устанавливаемыми на оси ведущих и ведомых колес. В соответствии с выбранной конструкторской схемой была определена расчетная схема наиболее нагруженных узлов. Выполнен расчет осей катков, как воспринимающих нагрузку от веса автомобиля и усилий, передаваемых дорожными неровностями.
В разделе был произведен анализ деятельности на сборочном участке предприятия, осуществляющем сборку гусеничных движителей для автомобиля УАЗ-3151. Выявлены вредные и опасные производственные факторы, произведена их классификация. В соответствии с выявленными факторами произведена разработка мероприятий по снижению их воздействия на рабочих, либо их полной нейтрализации. Разработаны мероприятия по снижению пожарной опасности, в соответствии с выявленными классами пожарной опасности. Разработаны мероприятия по снижению антропогенного воздействия предприятия на окружающую среду.
В экономическом разделе был произведен расчет себестоимости изготовления конструкции гусеничного движителя. Определены расходы по основным статьям затрат. Определены наиболее расходные статьи затрат на производство конструкции. На основании произведенного расчета можно сделать вывод, что разработанная конструкция находится в рыночном ценовом сегменте, а разработанная конструкция гусеничных движителей будет являться конкурентной по цене.
На основании всего изложенного, считаем поставленные в рамках выпускной квалификационной работы задачи выполненными.