Помощь студентам в учебе
Модернизация автомобиля-тягача применением электропривода колес полуприцепа
|
ВВЕДЕНИЕ 9
1 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ 11
1.1 Технико-экономическое обоснование 11
1.2 Описание автомобиля тягача УРАЛ 44202-5311-74 6X6 11
1.3 Описание полуприцепа ИНЬ 20Б-21-12 УСТ 94651 13
1.4 Анализ путей повышения производительности автомобиля 14
1.5 Анализ путей повышения проходимости автомобиля 15
1.6 Автомобили-прототипы с применением электропривода колёс прицепа
и полуприцепа 18
Вывод по разделу один 20
2 ТЯГОВО-ДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ 21
2.1 УРАЛ NEXT 44202-5311-74 с пассивным полуприцепом 21
2.1.1 Расчет статического радиуса колеса автомобиля 21
2.1.2 Внешняя скоростная характеристика ДВС 21
2.1.3 Тяговый баланс автопоезда 22
2.1.4 Динамическая характеристика автомобиля 24
2.1.5 Характеристика ускорений автомобиля 25
2.1.6 График величин, обратных ускорениям автомобиля 27
2.1.7 Характеристика разгона автопоезда 27
2.1.8 Кривая буксования 29
2.1.9 Диаграмма баланса мощности 30
2.1.10 Экономическая характеристика 31
2.2 УРАЛ-44202-5311-74 с активным полуприцепом 32
2.2.1 Расчет статического радиуса колеса автомобиля 32
2.2.2 Внешняя скоростная характеристика ДВС 32
2.2.3 Тяговый баланс автомобиля 33
2.2.4 Динамическая характеристика 34
2.2.5 Характеристика ускорений автомобиля 35
2.2.6 График величин, обратных ускорениям (рисунок 2.2.5) 36
2.2.7 Характеристика разгона автомобиля 37
2.2.8 Построение кривой буксования 38
2.2.9 Построение диаграммы баланса мощности 39
2.2.10 Экономическая характеристика 39
Вывод по разделу два 40
3 КОНСТРУКТОРСКИЙ РАЗДЕЛ 41
3.1 Сравнение электрооборудования постоянного и переменного тока 41
3.2 Выбор генератора постоянного тока 43
3.3 Выбор электродвигателя постоянного тока 44
3.4 Принцип работы электрического привода колес полуприцепа 44
3.5 Проектирование кронштейна крепления электрооборудования к раме 47
3.6 Расчет кронштейна на нагрузку 50
3.7 Расчет цилиндрического одноступенчатого редуктора 52
3.7.1 Определение основных параметров редуктора 52
3.7.2 Проектный расчет зубчатой передачи редуктора 53
3.7.3 Расчет редуктора 54
3.7.4 Предварительное определение диаметров валов редуктора и выбор
подшипников 58
3.7.5 Конструктивные размеры шестерни и колеса 59
3.7.6 Конструктивные размеры корпуса редуктора 60
3.7.7 Проверочный расчет валов на прочность 60
3.7.8 Определение эквивалентного напряжения 65
3.7.9 Выбор шпонок 66
3.7.10 Расчет подшипников входного вала на долговечность 67
3.7.11 Выбор сорта и объема заливаемого масла 67
3.7.12 Выбор стандартных муфт 67
Вывод по разделу три 68
4 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ 69
4.1 Назначение материала детали 69
4.2 Назначение вида термической обработки детали 69
4.2.1 Закалка 70
4.2.2 Высокий отпуск 70
4.3 Выбор метода получения заготовки детали 71
4.3.1 Основные требования к заготовкам 72
4.3.2 Штамповка на горячештамповочном прессе 72
4.4 Разработка технологического процесса изготовления детали 72
4.4.1 Технологический процесс 73
4.4.2 Расчет режимов резания 80
Вывод по разделу четыре 86
5 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ 87
5.1 Системы безопасности автомобиля 87
5.1.1 Системы активной безопасности автомобиля
5.1.2 Пассивная безопасность автомобиля
5.1.3 Экологическая безопасность
5.2 Требования безопасности во время эксплуатации автомобиля
5.3 Общие требования безопасности, предъявляемые к конструкции 90
5.4 Электрический ток 90
5.5 Требования электробезопасности 93
5.6 Требования к конструкции электрооборудования 94
5.7 Требования к средствам защиты, входящим в оборудование 95
Вывод по разделу пять 95
6 ГРАЖДАНСКАЯ ОБОРОНА 96
6.1 Чрезвычайные ситуации 97
Вывод по разделу шесть 97
7 ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ 98
Вывод по разделу семь 113
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 114
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 115
ПРИЛОЖЕНИЕ А. Тягово-динамический расчет автопоезда в составе с
седельным тягачом УРАЛ NEXT 44202-5311-47 и полуприцепом 1111Б 20Б-21- 12 УСТ 94651 118
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Расчет редуктора 142
ПРИЛОЖЕНИЕ В. Технические характеристики станков 153
ПРИЛОЖЕНИЕ Г. Результат расчета денежных потоков предприятия 155
1 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ 11
1.1 Технико-экономическое обоснование 11
1.2 Описание автомобиля тягача УРАЛ 44202-5311-74 6X6 11
1.3 Описание полуприцепа ИНЬ 20Б-21-12 УСТ 94651 13
1.4 Анализ путей повышения производительности автомобиля 14
1.5 Анализ путей повышения проходимости автомобиля 15
1.6 Автомобили-прототипы с применением электропривода колёс прицепа
и полуприцепа 18
Вывод по разделу один 20
2 ТЯГОВО-ДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ 21
2.1 УРАЛ NEXT 44202-5311-74 с пассивным полуприцепом 21
2.1.1 Расчет статического радиуса колеса автомобиля 21
2.1.2 Внешняя скоростная характеристика ДВС 21
2.1.3 Тяговый баланс автопоезда 22
2.1.4 Динамическая характеристика автомобиля 24
2.1.5 Характеристика ускорений автомобиля 25
2.1.6 График величин, обратных ускорениям автомобиля 27
2.1.7 Характеристика разгона автопоезда 27
2.1.8 Кривая буксования 29
2.1.9 Диаграмма баланса мощности 30
2.1.10 Экономическая характеристика 31
2.2 УРАЛ-44202-5311-74 с активным полуприцепом 32
2.2.1 Расчет статического радиуса колеса автомобиля 32
2.2.2 Внешняя скоростная характеристика ДВС 32
2.2.3 Тяговый баланс автомобиля 33
2.2.4 Динамическая характеристика 34
2.2.5 Характеристика ускорений автомобиля 35
2.2.6 График величин, обратных ускорениям (рисунок 2.2.5) 36
2.2.7 Характеристика разгона автомобиля 37
2.2.8 Построение кривой буксования 38
2.2.9 Построение диаграммы баланса мощности 39
2.2.10 Экономическая характеристика 39
Вывод по разделу два 40
3 КОНСТРУКТОРСКИЙ РАЗДЕЛ 41
3.1 Сравнение электрооборудования постоянного и переменного тока 41
3.2 Выбор генератора постоянного тока 43
3.3 Выбор электродвигателя постоянного тока 44
3.4 Принцип работы электрического привода колес полуприцепа 44
3.5 Проектирование кронштейна крепления электрооборудования к раме 47
3.6 Расчет кронштейна на нагрузку 50
3.7 Расчет цилиндрического одноступенчатого редуктора 52
3.7.1 Определение основных параметров редуктора 52
3.7.2 Проектный расчет зубчатой передачи редуктора 53
3.7.3 Расчет редуктора 54
3.7.4 Предварительное определение диаметров валов редуктора и выбор
подшипников 58
3.7.5 Конструктивные размеры шестерни и колеса 59
3.7.6 Конструктивные размеры корпуса редуктора 60
3.7.7 Проверочный расчет валов на прочность 60
3.7.8 Определение эквивалентного напряжения 65
3.7.9 Выбор шпонок 66
3.7.10 Расчет подшипников входного вала на долговечность 67
3.7.11 Выбор сорта и объема заливаемого масла 67
3.7.12 Выбор стандартных муфт 67
Вывод по разделу три 68
4 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ 69
4.1 Назначение материала детали 69
4.2 Назначение вида термической обработки детали 69
4.2.1 Закалка 70
4.2.2 Высокий отпуск 70
4.3 Выбор метода получения заготовки детали 71
4.3.1 Основные требования к заготовкам 72
4.3.2 Штамповка на горячештамповочном прессе 72
4.4 Разработка технологического процесса изготовления детали 72
4.4.1 Технологический процесс 73
4.4.2 Расчет режимов резания 80
Вывод по разделу четыре 86
5 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ 87
5.1 Системы безопасности автомобиля 87
5.1.1 Системы активной безопасности автомобиля
5.1.2 Пассивная безопасность автомобиля
5.1.3 Экологическая безопасность
5.2 Требования безопасности во время эксплуатации автомобиля
5.3 Общие требования безопасности, предъявляемые к конструкции 90
5.4 Электрический ток 90
5.5 Требования электробезопасности 93
5.6 Требования к конструкции электрооборудования 94
5.7 Требования к средствам защиты, входящим в оборудование 95
Вывод по разделу пять 95
6 ГРАЖДАНСКАЯ ОБОРОНА 96
6.1 Чрезвычайные ситуации 97
Вывод по разделу шесть 97
7 ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ 98
Вывод по разделу семь 113
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 114
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 115
ПРИЛОЖЕНИЕ А. Тягово-динамический расчет автопоезда в составе с
седельным тягачом УРАЛ NEXT 44202-5311-47 и полуприцепом 1111Б 20Б-21- 12 УСТ 94651 118
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Расчет редуктора 142
ПРИЛОЖЕНИЕ В. Технические характеристики станков 153
ПРИЛОЖЕНИЕ Г. Результат расчета денежных потоков предприятия 155
На протяжении всех послевоенных лет основные советские заводы и СКБ являлись главными разработчиками и изготовителями достаточно широкой гаммы активных двухзвенных автомобильных поездов военного назначения, состоявших из доработанных полноприводных тягачей серийного производства и специальных прицепов или полуприцепов со всеми ведущими колесами. Они ознаменовали еще один малоизвестный приоритет Советского Союза, вызванный отсутствием одиночных военных автомобилей повышенной проходимости и грузоподъемности, способных доставлять по труднопроходимой местности и бездорожью крупногабаритное транспортное оборудование и оснащение вспомогательного назначения. Создание и внедрение активных автопоездов расценивалось советским военным руководством как новая концептуальная идея и магистральное направление на пути ускоренного насыщения вооруженных сил тяжелой автомобильной техникой, базировавшейся на серийных грузовиках и не требовавшей долгого времени на конструкторские разработки и крупных финансовых вложений в организацию серийного производства. Они были намного проще, легче и дешевле сложных многоосных тягачей и специальных шасси, которые параллельно проектировали и выпускали для нужд РВСН. Над активными автопоездами в условиях секретности незаметно и упорно работали все крупные изготовители армейских грузовиков и научные институты, но большинство таких систем осталось в опытных образцах или собиралось мелкими партиями, и потому их применение в Советской Армии было намного скромнее, чем планировалось.
Основоположником концепции активных автопоездов считал себя талантливый советский автоконструктор Б. М. Фиттерман, который «придумал» их в Воркутлаге в начале 1950-х. В своих воспоминаниях он рассказывал, что наблюдал на фронте, как солдаты форсировали топкие участки грунтовых дорог, связывая между собой два грузовика - буфер к буферу. Так родилась идея подсоединить к автомобилю прицеп или полуприцеп с ведущими колесами и механическим силовым приводом от тягача. Проект Фиттермана был передан на московский ЗИС ина Мытищинский машиностроительный завод (ММ3). Формально предложение опасного политзаключенного отвергли, но с середины 1950-х годов эта идея постепенно стала получать все большее распространение. После сборки ряда экспериментальных конструкций наиболее эффективными были признаны автопоезда с колесной формулой 10x10, состоявшие из трехосных полноприводных седельных тягачей и активных двухосных полуприцепов-шасси со сварной лонжеронной рамой без кузова и всеми ведущими односкатными колесами. Практически все были приспособлены к перевозке железнодорожным транспортом и самолетами Ил-76 и Ан-22.
За основу большинства советских конструкций был принят наиболее простой и доступный метод механического привода ведущих колес полуприцепов от трансмиссии буксировавших их тягачей. В реальности такая схема оказалась весьма громоздкой, сложной, тяжелой и в целом ненадежной. К этим недостаткам добавлялись кинематические несоответствия при вращении колес тягача и прицепного состава и проблемы оптимального перераспределения необходимых сил тяги и торможения на каждое колесо автопоезда, особенно заметные на ровной дороге, на поворотах и при торможении. Справиться с ними так и не удалось, поэтому на шоссе привод колес полуприцепа отключали вообще. Для этого имелись две муфты - в раздаточной коробке автомобиля и в приводе мостов прицепных средств. Грузоподъемность и боковая устойчивость были ограниченными, а расход топлива резко повышался. Кроме того, возможность их расцепления и замены прицепного состава вообще не предусматривали. Для решения части проблем на ЗИЛе под руководством главного конструктора А. М. Кригера был разработан принципиально новый автопоезд ЗИЛ-137 с гидрообъемным (гидростатическим) приводом колес полуприцепа, заменившим многочисленные тяжелые механические агрегаты на компактную гидравлику с легкими трубками высокого давления. Этот вариант оказался слишком дорогим, сложным и капризным, также страдавшим рассогласованностью крутящих моментов на передние и задние колеса автопоезда, требовавшим высокой точности изготовления и культуры обслуживания [1].
Основоположником концепции активных автопоездов считал себя талантливый советский автоконструктор Б. М. Фиттерман, который «придумал» их в Воркутлаге в начале 1950-х. В своих воспоминаниях он рассказывал, что наблюдал на фронте, как солдаты форсировали топкие участки грунтовых дорог, связывая между собой два грузовика - буфер к буферу. Так родилась идея подсоединить к автомобилю прицеп или полуприцеп с ведущими колесами и механическим силовым приводом от тягача. Проект Фиттермана был передан на московский ЗИС ина Мытищинский машиностроительный завод (ММ3). Формально предложение опасного политзаключенного отвергли, но с середины 1950-х годов эта идея постепенно стала получать все большее распространение. После сборки ряда экспериментальных конструкций наиболее эффективными были признаны автопоезда с колесной формулой 10x10, состоявшие из трехосных полноприводных седельных тягачей и активных двухосных полуприцепов-шасси со сварной лонжеронной рамой без кузова и всеми ведущими односкатными колесами. Практически все были приспособлены к перевозке железнодорожным транспортом и самолетами Ил-76 и Ан-22.
За основу большинства советских конструкций был принят наиболее простой и доступный метод механического привода ведущих колес полуприцепов от трансмиссии буксировавших их тягачей. В реальности такая схема оказалась весьма громоздкой, сложной, тяжелой и в целом ненадежной. К этим недостаткам добавлялись кинематические несоответствия при вращении колес тягача и прицепного состава и проблемы оптимального перераспределения необходимых сил тяги и торможения на каждое колесо автопоезда, особенно заметные на ровной дороге, на поворотах и при торможении. Справиться с ними так и не удалось, поэтому на шоссе привод колес полуприцепа отключали вообще. Для этого имелись две муфты - в раздаточной коробке автомобиля и в приводе мостов прицепных средств. Грузоподъемность и боковая устойчивость были ограниченными, а расход топлива резко повышался. Кроме того, возможность их расцепления и замены прицепного состава вообще не предусматривали. Для решения части проблем на ЗИЛе под руководством главного конструктора А. М. Кригера был разработан принципиально новый автопоезд ЗИЛ-137 с гидрообъемным (гидростатическим) приводом колес полуприцепа, заменившим многочисленные тяжелые механические агрегаты на компактную гидравлику с легкими трубками высокого давления. Этот вариант оказался слишком дорогим, сложным и капризным, также страдавшим рассогласованностью крутящих моментов на передние и задние колеса автопоезда, требовавшим высокой точности изготовления и культуры обслуживания [1].
В ходе выполнения выпускной квалификационной работы были рассмотрены основные характеристики седельного тягача УРАЛ NEXT 44202-5311-74 и бортового полуприцепа ННБ 20Б-21-12 УСТ 94651. Проанализированы пути повышения производительности и проходимости автомобиля, рассмотрены активные автопоезда-прототипы с электроприводом.
Произведен тягово-динамический расчет автопоезда с пассивным полуприцепом и автопоезда с электроприводом колес полуприцепа. Расчет показал, что автопоезд с активным полуприцепом преодолевает несколько больший подъем и позволяет снизить буксование.
Проанализировано электрооборудование постоянного и переменного тока, выбраны электродвигатель и генератор постоянного тока для проектируемого электропривода, спроектирован кронштейн для крепления электрооборудования на раму автомобиля, рассчитан одноступенчатый цилиндрический редуктор.
В ходе выполнения технологической части выбран необходимый вид термической обработки, выполнен чертеж детали (вала) с указаниями по точности, шероховатости, выбран для детали метод получения заготовки, разработан технологический процесс изготовления детали, выбрана последовательность операций, для каждой операции выбрано оборудование с указанием основных характеристик и инструмент.
В экономическом разделе выпускной квалификационной работы был выявлен положительный эффект от внедрения данного автомобиля, а также определен срок окупаемости проекта.
Произведен тягово-динамический расчет автопоезда с пассивным полуприцепом и автопоезда с электроприводом колес полуприцепа. Расчет показал, что автопоезд с активным полуприцепом преодолевает несколько больший подъем и позволяет снизить буксование.
Проанализировано электрооборудование постоянного и переменного тока, выбраны электродвигатель и генератор постоянного тока для проектируемого электропривода, спроектирован кронштейн для крепления электрооборудования на раму автомобиля, рассчитан одноступенчатый цилиндрический редуктор.
В ходе выполнения технологической части выбран необходимый вид термической обработки, выполнен чертеж детали (вала) с указаниями по точности, шероховатости, выбран для детали метод получения заготовки, разработан технологический процесс изготовления детали, выбрана последовательность операций, для каждой операции выбрано оборудование с указанием основных характеристик и инструмент.
В экономическом разделе выпускной квалификационной работы был выявлен положительный эффект от внедрения данного автомобиля, а также определен срок окупаемости проекта.
