Помощь студентам в учебе
Разработка электронной системы автоматической подкачки колес автомобиля КАМАЗ-6560
|
АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 6
1 АНАЛИЗ ПЕРСПЕКТИВНЫХ КОНСТРУКЦИЙ СИСТЕМ
ЦЕНТРАЛИЗОВАННОЙ ПОДКАЧКИ ШИН 9
1.1 Краткая история применения переменного давления воздуха в шинах
автомобилей 9
1.1.1 Система централизованной подкачки воздуха в шины (CTIS -
Central Tire Inflation System») 9
1.1.2 Системы контроля давления воздуха в шинах (TPMS -«Tire Pressure
Monitoring System») 10
1.2 Анализ патентов мировых производителей систем подкачки шин 12
1.3 Влияние изменения давления в шинах на эксплуатационно-технические
характеристики автомобилей 15
1.4 Интегрированная система контроля давления в шинах грузовых
автомобилей «IVTM WABCO» 19
2 ЦЕНТРАЛИЗОВАННАЯ СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ ДАВЛЕНИЯ
ВОЗДУХА В ШИНАХ «КамАЗ-6560» 25
2.1 Обзор и технические характеристики бортового автомобиля-вездехода
«КамАЗ-6560» 25
2.2 Колесная система автомобиля 28
2.2.1 Технические характеристики грузовых шин «Michelin» XZL TL, TT 28
2.2.2 Технические характеристики диска колесного «ЧКПЗ» 11.25-20 33
2.3 Централизованная система регулирования давления воздуха в шинах «КамАЗ-6560» 39
2.3.1 Конструктивные элементы системы регулирования давления воздуха в
шинах 41
2.3.2 Правила пользования системой регулирования давления
воздуха в шинах 48
3 МОДЕРНИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ПОДКАЧКИ ШИН
ГРУЗОВОГО АВТОМОБИЛЯ «КамАЗ-6560» 51
3.1 Дополнительные элементы конструкции электронной системы
регулирования давления воздуха в шинах 51
3.1.1 Устройство для передачи информации о давлении воздуха и температуры
в шине 51
3.1.2 Электронный блок управления (ECU) 54
3.1.3 Дисплей «WABCO» 58
3.1.4 Клапан с электромагнитным управлением «CFB-D21A-WX Camozzi» .... 60
3.1.5 Пневматические острова «Серия H Camozzi» со встроенным регулятором
давления 61
3.2 Установка конструкции электронной системы регулирования давления
воздуха в шинах 63
3.3 Управление системой «OptiTireTM» с помощью дисплея «WABCO» 64
3.4 Пневмоэлектрическая схема системы регулирования давления в шинах .... 67
4. ОРГАНИЗАЦИОННО-ЭКОНОМИЧЕСИЙ РАЗДЕЛ 71
4.1 Влияние давления в шинах на износостойкость шин 71
4.2 Влияние давления в шинах на расход топлива 73
4.3 Преимущества внедрения электронной системы подкачки колес 74
4.4 Расчёт экономической эффективности в процессе эксплуатации автомобиля 75
5 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ 78
5.1 Шины и экология 78
5.2 Система контроля давления в шинах и безопасность на дороге 80
5.3 Правила эксплуатации автомобильных шин грузовых автомобилей 84
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 88
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 90
ВВЕДЕНИЕ 6
1 АНАЛИЗ ПЕРСПЕКТИВНЫХ КОНСТРУКЦИЙ СИСТЕМ
ЦЕНТРАЛИЗОВАННОЙ ПОДКАЧКИ ШИН 9
1.1 Краткая история применения переменного давления воздуха в шинах
автомобилей 9
1.1.1 Система централизованной подкачки воздуха в шины (CTIS -
Central Tire Inflation System») 9
1.1.2 Системы контроля давления воздуха в шинах (TPMS -«Tire Pressure
Monitoring System») 10
1.2 Анализ патентов мировых производителей систем подкачки шин 12
1.3 Влияние изменения давления в шинах на эксплуатационно-технические
характеристики автомобилей 15
1.4 Интегрированная система контроля давления в шинах грузовых
автомобилей «IVTM WABCO» 19
2 ЦЕНТРАЛИЗОВАННАЯ СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ ДАВЛЕНИЯ
ВОЗДУХА В ШИНАХ «КамАЗ-6560» 25
2.1 Обзор и технические характеристики бортового автомобиля-вездехода
«КамАЗ-6560» 25
2.2 Колесная система автомобиля 28
2.2.1 Технические характеристики грузовых шин «Michelin» XZL TL, TT 28
2.2.2 Технические характеристики диска колесного «ЧКПЗ» 11.25-20 33
2.3 Централизованная система регулирования давления воздуха в шинах «КамАЗ-6560» 39
2.3.1 Конструктивные элементы системы регулирования давления воздуха в
шинах 41
2.3.2 Правила пользования системой регулирования давления
воздуха в шинах 48
3 МОДЕРНИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ПОДКАЧКИ ШИН
ГРУЗОВОГО АВТОМОБИЛЯ «КамАЗ-6560» 51
3.1 Дополнительные элементы конструкции электронной системы
регулирования давления воздуха в шинах 51
3.1.1 Устройство для передачи информации о давлении воздуха и температуры
в шине 51
3.1.2 Электронный блок управления (ECU) 54
3.1.3 Дисплей «WABCO» 58
3.1.4 Клапан с электромагнитным управлением «CFB-D21A-WX Camozzi» .... 60
3.1.5 Пневматические острова «Серия H Camozzi» со встроенным регулятором
давления 61
3.2 Установка конструкции электронной системы регулирования давления
воздуха в шинах 63
3.3 Управление системой «OptiTireTM» с помощью дисплея «WABCO» 64
3.4 Пневмоэлектрическая схема системы регулирования давления в шинах .... 67
4. ОРГАНИЗАЦИОННО-ЭКОНОМИЧЕСИЙ РАЗДЕЛ 71
4.1 Влияние давления в шинах на износостойкость шин 71
4.2 Влияние давления в шинах на расход топлива 73
4.3 Преимущества внедрения электронной системы подкачки колес 74
4.4 Расчёт экономической эффективности в процессе эксплуатации автомобиля 75
5 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ 78
5.1 Шины и экология 78
5.2 Система контроля давления в шинах и безопасность на дороге 80
5.3 Правила эксплуатации автомобильных шин грузовых автомобилей 84
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 88
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 90
Ежегодно на российских дорогах погибает более 30 тысяч человек.
И причина - не всегда нарушение правил дорожного движения.
По данным ГИБДД РФ, большинство ДТП с участием грузового транспорта происходят из-за несоблюдения нормативного давления в шинах, а также нарушения эксплуатации шин транспортных средств.
Комплекс исследований влияния как внутренних, так и внешних факторов на управляемость и устойчивость автомобиля, которые зависят от характера и силы связи шины с дорогой - один из возможных путей снижения ДТП.
Эти факторы могут изменяться за относительно малые промежутки времени и не зависят от деятельности человека.
Повлиять на изменение этих факторов не представляется возможным.
Сцепные свойства пары: «шина - дорога» являются главным фактором, определяющим безопасность движения.
Многочисленные исследования технико-экономических показателей эксплуатации автомобилей во всем мире в различных климатических зонах показывают, что они во многом зависят от поддержания рекомендуемых заводами-изготовителями давлений газов в шинах автомобилей.
Величина давления воздуха в шинах автомобильного транспорта является одним из главных параметров безопасной и правильной эксплуатации автомобильной шины и самого автомобиля [1].
Поэтому контроль за состоянием давления в шинах транспортного средства становится одним из важных вопросов в сфере автомобилестроения.
Проверка давления в шинах является первоочередной задачей в списке ежедневного обслуживания автомобиля.
Изменение давления воздуха в шинах влияет на изменение пятна контакта шины с опорной поверхностью и на коэффициент сопротивления качению [2]. Установлено, что изменение давления на каждые 0,15 кгс/см2 в диапазоне давлений воздуха 1,7... 2,2 кгс/см2 приводит к соответствующему изменению сопротивления качению на 5 %. Изменение в сторону увеличения коэффициента сопротивления качению приводит к повышенному расходу топлива и преждевременному износу шин.
Вопросу управления давлением воздуха в шинах автомобилестроение вплотную занялось после Второй Мировой Войны.
Главным образом все исследования в этом направлении и конструкторские решения относились к военной автомобильной технике повышенной проходимости.
Исследованиями установлено, что для каждого размера шины имеется определённое значение давления воздуха, обеспечивающее минимальное сопротивление движению. Также опыты показали, что для каждого типа транспортного средства при движении по различным видам дорожных покрытий необходимо применять определённое оптимальное давление воздуха в шинах.
Военная, пожарная, строительная, сельскохозяйственная техника давно оснащены системой подкачки воздуха в шинах (системы TPCS от «Bigfoot», «AIR CTI», «DANA», «TIREBOSS», «SYEGON» и «ROADRANGER SPICER», «PTG», «КамАЗ», «УралАЗ», а также японских, корейских и китайских производителей).
Данная система позволяет задавать необходимое давление в шинах в зависимости от загрузки транспортного средства и типа дорожного покрытия. Задание необходимого давления осуществляется водителем вручную и требует постоянного контроля и регулирования в зависимости от изменяющихся внешних факторов.
Автоматическое, то есть интеллектуальное, управление давлением воздуха в шинах без участия водителя пока серийно не применяется.
Автоматизация является качественно новым этапом в совершенствовании производства.
Основные обязанности человека в этом случае - наблюдение за параметрами процесса выполнения внештатных операций.
Применение средств автоматизации позволяет увеличить число агрегатов и механизмов, обслуживаемых одним человеком. Основные операции, которые выполняет человек в этом процессе - включение и отключение агрегатов, а в случае возникновения внештатных ситуаций - отключение регулятора и принятия на себя функции регулирования. Для этого он пользуется средствами дистанционного управления механизированными приводами различных регулирующих органов.
Применение средств технологической защиты, блокировки и автоматического включения резервных механизмов позволяет автоматизировать и сам процесс ликвидации аварийных положений.
Цель данной выпускной работы - разработка электронной системы автоматической подкачки шин грузового автомобиля «КамАЗ-6560» на основе современных достижений техники и инженерных решений в области контроля давления воздуха в шинах.
Для достижения поставленной в работе цели необходимо решить следующие задачи:
- провести исследование существующих разработок в сфере мониторинга и контроля за давлением воздуха в шинах;
- выявить перспективные направления разработки и дальнейшая модернизация системы регулирования давления воздуха в шинах;
- разработать функциональную пневмоэлектрическую схему системы;
- представить блок-схему алгоритма работы системы автоматического управления и поддержания давления воздуха в шинах автомобиля- обеспечить систему контроля давления в шинах;
- рассчитать экономическую эффективность в процессе эксплуатации автомобиля;
- обеспечить безопасность во время вождения.
При создании автоматической системы управления давлением воздуха в шинах автомобилей будут учитываться три фактора: нагрузку на колесо, скоростьдвижения автомобиля, качественные показатели дорожного покрытия, так как для каждого типа дороги существует оптимальное максимальное давление воздуха в шинах, при котором движение будет оптимальным с точки зрения
эксплуатационных показателей автомобиля.
И причина - не всегда нарушение правил дорожного движения.
По данным ГИБДД РФ, большинство ДТП с участием грузового транспорта происходят из-за несоблюдения нормативного давления в шинах, а также нарушения эксплуатации шин транспортных средств.
Комплекс исследований влияния как внутренних, так и внешних факторов на управляемость и устойчивость автомобиля, которые зависят от характера и силы связи шины с дорогой - один из возможных путей снижения ДТП.
Эти факторы могут изменяться за относительно малые промежутки времени и не зависят от деятельности человека.
Повлиять на изменение этих факторов не представляется возможным.
Сцепные свойства пары: «шина - дорога» являются главным фактором, определяющим безопасность движения.
Многочисленные исследования технико-экономических показателей эксплуатации автомобилей во всем мире в различных климатических зонах показывают, что они во многом зависят от поддержания рекомендуемых заводами-изготовителями давлений газов в шинах автомобилей.
Величина давления воздуха в шинах автомобильного транспорта является одним из главных параметров безопасной и правильной эксплуатации автомобильной шины и самого автомобиля [1].
Поэтому контроль за состоянием давления в шинах транспортного средства становится одним из важных вопросов в сфере автомобилестроения.
Проверка давления в шинах является первоочередной задачей в списке ежедневного обслуживания автомобиля.
Изменение давления воздуха в шинах влияет на изменение пятна контакта шины с опорной поверхностью и на коэффициент сопротивления качению [2]. Установлено, что изменение давления на каждые 0,15 кгс/см2 в диапазоне давлений воздуха 1,7... 2,2 кгс/см2 приводит к соответствующему изменению сопротивления качению на 5 %. Изменение в сторону увеличения коэффициента сопротивления качению приводит к повышенному расходу топлива и преждевременному износу шин.
Вопросу управления давлением воздуха в шинах автомобилестроение вплотную занялось после Второй Мировой Войны.
Главным образом все исследования в этом направлении и конструкторские решения относились к военной автомобильной технике повышенной проходимости.
Исследованиями установлено, что для каждого размера шины имеется определённое значение давления воздуха, обеспечивающее минимальное сопротивление движению. Также опыты показали, что для каждого типа транспортного средства при движении по различным видам дорожных покрытий необходимо применять определённое оптимальное давление воздуха в шинах.
Военная, пожарная, строительная, сельскохозяйственная техника давно оснащены системой подкачки воздуха в шинах (системы TPCS от «Bigfoot», «AIR CTI», «DANA», «TIREBOSS», «SYEGON» и «ROADRANGER SPICER», «PTG», «КамАЗ», «УралАЗ», а также японских, корейских и китайских производителей).
Данная система позволяет задавать необходимое давление в шинах в зависимости от загрузки транспортного средства и типа дорожного покрытия. Задание необходимого давления осуществляется водителем вручную и требует постоянного контроля и регулирования в зависимости от изменяющихся внешних факторов.
Автоматическое, то есть интеллектуальное, управление давлением воздуха в шинах без участия водителя пока серийно не применяется.
Автоматизация является качественно новым этапом в совершенствовании производства.
Основные обязанности человека в этом случае - наблюдение за параметрами процесса выполнения внештатных операций.
Применение средств автоматизации позволяет увеличить число агрегатов и механизмов, обслуживаемых одним человеком. Основные операции, которые выполняет человек в этом процессе - включение и отключение агрегатов, а в случае возникновения внештатных ситуаций - отключение регулятора и принятия на себя функции регулирования. Для этого он пользуется средствами дистанционного управления механизированными приводами различных регулирующих органов.
Применение средств технологической защиты, блокировки и автоматического включения резервных механизмов позволяет автоматизировать и сам процесс ликвидации аварийных положений.
Цель данной выпускной работы - разработка электронной системы автоматической подкачки шин грузового автомобиля «КамАЗ-6560» на основе современных достижений техники и инженерных решений в области контроля давления воздуха в шинах.
Для достижения поставленной в работе цели необходимо решить следующие задачи:
- провести исследование существующих разработок в сфере мониторинга и контроля за давлением воздуха в шинах;
- выявить перспективные направления разработки и дальнейшая модернизация системы регулирования давления воздуха в шинах;
- разработать функциональную пневмоэлектрическую схему системы;
- представить блок-схему алгоритма работы системы автоматического управления и поддержания давления воздуха в шинах автомобиля- обеспечить систему контроля давления в шинах;
- рассчитать экономическую эффективность в процессе эксплуатации автомобиля;
- обеспечить безопасность во время вождения.
При создании автоматической системы управления давлением воздуха в шинах автомобилей будут учитываться три фактора: нагрузку на колесо, скоростьдвижения автомобиля, качественные показатели дорожного покрытия, так как для каждого типа дороги существует оптимальное максимальное давление воздуха в шинах, при котором движение будет оптимальным с точки зрения
эксплуатационных показателей автомобиля.
В данной работе была детально исследована централизованная система регулирования давления воздуха в шинах «КамАЗ-6560».
Выявлены недостатки этой системы:
- система осуществлена без электронного блока управления, без
датчиков давления в каждом колесе;
- контроль давления воздуха в шинах осуществляется водителем по манометру, расположенному на щитке приборов;
- задание необходимого давления осуществляется водителем вручную и требует постоянного контроля и регулирования в зависимости от изменяющихся внешних факторов;
- невозможность управления давлением индивидуально в каждой шине.
Был изучен опыт, накопленный ведущими отечественными и зарубежными автопроизводителями и производителями комплектующих для автомобилей в этой области, проведен анализ патентов мировых производителей систем подкачки шин и конструкции систем подкачки шин в целом, их отдельных элементов.
На основе анализа существующей централизованной системы
регулирования давления воздуха в шинах и поиска новейших технологий предпринята была попытка частично автоматизировать систему.
В системе использованы электронные датчики давления и температуры и электронный блок «OptiTireTM» производителя «WABCO», которые реализованы на основе 8-разрядного программируемого флэш-микроконтроллера AVR от компании «ATMEL» (интегральная схема ATA6286).
Пневматическая схема реализована на клапанах с электромагнитным управлением «CFB-D21A-WX Camozzi».
В интерфейс водителя автоматической регулировки давления воздуха в шинах включен дисплей «WABCO», который позволяет управлять системой, не выходя из кабины.
В экономической части произведён расчёт экономической эффективности в процессе эксплуатации автомобиля.
Общая экономия в год составляет 165344 рублей:
- 76000 рублей в год - на увеличении срока службы резины на 10%;
- 60544 рублей в год - на снижении расхода топлива на 0,4%;
- 28800 рублей в год - за счет сокращения простоев по техническим причинам.
При эксплуатации шин с регулируемым давлением система контроля положительно влияет на безопасность на дорогах предотвращая ДТП вследствие разрывов шин, оповещая водителя о перепадах давления; экологию - помогая водителю установить «правильное» давление в шинах, которое способно улучшить управление колесными нагрузками, увеличить тяговое усилие и сцепление колес с дорогой, уменьшив тем самым риск разрушениядорог; здоровье и безопасность водителя - это является следствием уменьшения вибраций транспортного средства, меньшего количества пробуксовок и потребности в ремонте.
Выявлены недостатки этой системы:
- система осуществлена без электронного блока управления, без
датчиков давления в каждом колесе;
- контроль давления воздуха в шинах осуществляется водителем по манометру, расположенному на щитке приборов;
- задание необходимого давления осуществляется водителем вручную и требует постоянного контроля и регулирования в зависимости от изменяющихся внешних факторов;
- невозможность управления давлением индивидуально в каждой шине.
Был изучен опыт, накопленный ведущими отечественными и зарубежными автопроизводителями и производителями комплектующих для автомобилей в этой области, проведен анализ патентов мировых производителей систем подкачки шин и конструкции систем подкачки шин в целом, их отдельных элементов.
На основе анализа существующей централизованной системы
регулирования давления воздуха в шинах и поиска новейших технологий предпринята была попытка частично автоматизировать систему.
В системе использованы электронные датчики давления и температуры и электронный блок «OptiTireTM» производителя «WABCO», которые реализованы на основе 8-разрядного программируемого флэш-микроконтроллера AVR от компании «ATMEL» (интегральная схема ATA6286).
Пневматическая схема реализована на клапанах с электромагнитным управлением «CFB-D21A-WX Camozzi».
В интерфейс водителя автоматической регулировки давления воздуха в шинах включен дисплей «WABCO», который позволяет управлять системой, не выходя из кабины.
В экономической части произведён расчёт экономической эффективности в процессе эксплуатации автомобиля.
Общая экономия в год составляет 165344 рублей:
- 76000 рублей в год - на увеличении срока службы резины на 10%;
- 60544 рублей в год - на снижении расхода топлива на 0,4%;
- 28800 рублей в год - за счет сокращения простоев по техническим причинам.
При эксплуатации шин с регулируемым давлением система контроля положительно влияет на безопасность на дорогах предотвращая ДТП вследствие разрывов шин, оповещая водителя о перепадах давления; экологию - помогая водителю установить «правильное» давление в шинах, которое способно улучшить управление колесными нагрузками, увеличить тяговое усилие и сцепление колес с дорогой, уменьшив тем самым риск разрушениядорог; здоровье и безопасность водителя - это является следствием уменьшения вибраций транспортного средства, меньшего количества пробуксовок и потребности в ремонте.
