Аннотация
Введение
1 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ 9
1.1 История развитий соревнований «Формула студент» 10
1.2 Анализ исходных данных 11
2 ОБЗОР СОВРЕМЕННОГО ЭЛЕКТРОТРАНСПОРТА 15
2.1 Обзор технических решений Nisan Liaf. 15
2.2 Обзор технических решений Tesla Model S 17
2.3 Обзор технических решений гоночного электроболида Grimsel 19
3 ВЫБОР ДВИГАТЕЛЯ И ПЕРЕДАТОЧНОГО МЕХАНИЗМА 21
3.1 Выбор способа компоновки тягового электропривода 21
3.2 Расчет мощности электродвигателя 23
3.3 Выбор электродвигателя и аппаратуры управления 28
3.4 Выбор редуктора 30
3.5 Приведение статических моментов и моментов инерции к валу двигателя 31
4 ИССЛЕДОВАНИЕ И РАСЧЕТ АКБ 34
4.1 Сравнение различных типов АКБ 34
4.2 Расчет аккумуляторной батареи 36
4.3 Конфигурация АКБ 38
5 ДОПОЛНИТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ, СИСТЕМА БЕЗОПАСНОСТИ 41
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 45
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 47
ПРИЛОЖЕНИЕ А 48
Экологические проблемы в современном мире всегда имели важное значение, особенно это стало заметно в контексте мировых промышленных революций и урбанизации общества. Состояние окружающей среды напрямую влияет на состояние здоровья населения, а здоровье - это важнейший аспект жизни любого человека.
По данным энергетического агентства США наибольшую долю загрязняющих веществ в атмосфере крупных городов составляют выхлопные газы, производимые автотранспортом. С целью решения проблемы загрязнения атмосферного воздуха правительства многих стран принимают законопроекты, направленные на ограничение и контроль за вредными выбросами.
Одним из наиболее эффективных методов улучшения экологической обстановки является переход на гибридный транспорт и электротранспорт. Международное энергетическое агентство прогнозирует, что мировой парк электромобилей к 2030 году достигнет отметки в 100 миллионов единиц. У электромобилей есть ряд преимуществ:
а) экологичность;
б) повышенная надежность при простоте конструкции;
в) высокий КПД электродвигателя;
г) низкая стоимость владения;
е) улучшенная динамика;
ж) комфорт.
Несмотря на достигнутые результаты, у электромобилей есть ряд серьезных недостатков, связанных, в первую очередь, с аккумуляторной батареей (АКБ):
а) ограниченная дальность хода;
б) долгий процесс зарядки;
в) низкие массогабаритные показатели.
Целью данной работы является решение выше изложенных проблем путем разработки электропривода гоночного электроболида, способного удовлетворить требования по динамическим, скоростным и массогабаритным показателям, а также требованиям предъявляемым регламентом соревнований.
Данная работа реализуется в контексте разработки электроболида, предназначенного для участия в международных соревнованиях «Формула студент» класс Электрик.
Объект исследования: автономный электротранспорт.
Предмет исследования: привода автономного электротранспорта.
Цель исследования: разработка электропривода гоночного электроболида (с особым упором на аккумуляторную батарею) для соревнований «Формула студент» класс Электрик.
Для достижения указанной цели поставлены следующие задачи:
1) выявить требования, которым должен удовлетворять тяговый электропривод гоночного элетроболида;
2) изучить электропривода, применяемые в современном электротранспорте;
з) разработать механическую и электромеханическую части привода элетроболида;
В данной выпускной квалификационной работе был разработан электропривод гоночного болида, предназначенного для участия в международных соревнованиях «Формула студент» класс «Электрик». Нами были получены исходные данные для проектирования тягового электропривода электроболида от конструкторского бюро Автотракторного факультета, затем мы провели анализ технических решений, применяемых в современном электротранспорте как в серийных автомобилях, так и в штучных гоночных болидах.
На основе полученных данных нами были проведены следующие этапы работы:
1. Разработана компоновка тягового электропривода болида, которая наиболее оптимально подходит для реализации в рамках реального студенческого проекта.
2. Рассчитан и выбран тяговый электродвигатель, а также аппаратура управления к нему. Выбран вентильный электродвигатель с ротором на постоянных магнитах, удельные массоэнергетические показатели которого равны 3,1 кВт/кг, что позволяет снизить общую массу болида, не снижая мощности двигателя.
3. Спроектирован и изготовлен цепной редуктор с передаточным отношением 1/5 (представлен в приложение Д). Данный редуктор является наиболее простым в изготовлении и обслуживании, а также позволяет регулировать динамические характеристики болида путем изменения передаточного отношения (замена звездочек) в зависимости от условий трассы.
4. Исследованы различные типы аккумуляторов. Были выявлены достоинства и недостатки различных типов аккумуляторов. Для дальнейшего проектирования были выбраны литий-ионные аккумуляторы с катодом на основе кобальта лития. Данный тип аккумуляторных батарей обладает наибольшей удельной энергией и не требует обслуживания, минусом данного типа АКБ являются высокие требования к процессам зарядки и разрядки.
5. Разработана АКБ на основе литий-ионных элементов, полностью удовлетворяющая всем требованиям соревнований «Формула студент». Разработанная нами АКБ в два раза легче, чем используемая ранее литий-железо фосфатная батарея. Разработанная нами компоновка позволяет менять
конфигурацию АКБ по ходу соревнований, а также обеспечивать легкость монтажа.
6. Разработана элементарная система безопасности. Данная система
безопасности защищает АКБ от переразрядки и перезаряда, а также от утечек тока вследствие нарушения целостности изоляции или обрыва проводов.
В ходе проекта были изготовлены пространственная рама болида, трансмиссия, рулевое управление, подвеска электроболида, а также смонтированы некоторые элементы электропривода (двигатель, цепной редуктор), результат работы представлен в приложение Е.
Разработки в области современного автономного электротранспорта являются одними из наиболее перспективных в современном автомобилестроении. В настоящие время почти все мировые производители автомобилей ведут разработки в данном направлении. Соревнования «Формула студент» позволяют молодым специалистам принимать участие в реальных инженерных проектах, что дает незаменимый опыт и компетенции.
Дальнейшие развитие электроболидов класса «Формула студент» идет в сторону облегчения конструкции за счет применения новых материалах, а также применение многодвигательных систем. Данные решения позволяют значительно улучить динамические и массоэнергетические показатели гоночных болидов.
