Проект лесовозного автопоезда

Проект лесовозного автопоезда

Введение

Автомобилем называется колесное наземное безрельсовое транспортное средство, оборудованное двигателем, обеспечивающим его движение. Он представляет собой сложную машину, состоящую из деталей, узлов, механизмов, агрегатов и систем.

Грузовой подвижной состав служит для перевозки грузов различных видов. К нему относятся грузовые автомобили, автомобили-тягачи, автопоезда, прицепы и полуприцепы.

Автопоезда позволяют увеличить производительность подвижного состава и снизить себестоимость перевозок. Так, в одинаковых условиях эксплуатации себестоимость перевозок автопоездом на 25…30% ниже, а производительность в среднем в 1,5 раза выше, чем у одиночного автомобиля.

Автопоезда состоят из автомобилей-тягачей, прицепов и полуприцепов. Автопоезда разделяются на прицепные, седельные и роспуски.

Прицепной автопоезд состоит из грузового автомобиля и одного или нескольких прицепов. Седельный автопоезд состоит из седельного автомобиля-тягача и полуприцепа, передняя часть которого закреплена на тягаче.

Автопоезда-роспуски состоят из грузового автомобиля и прицепа-роспуска, оборудованного опорными балками (кониками) для крепления длинномерных грузов (леса, труб, сортового металла и др.).

Развитие и совершенствование конструкции автопоездов имеет для нашей страны огромное значение, так как она обладает большими запасами ресурсов, и в некоторых случаях, их труднодоступностью.

1. Расчет компоновки лесовозного тягача

1.1    Определение весов неучтенных агрегатов прототипа

Определим веса известных агрегатов, Н:

Двигатель с оборудованием и сцеплением	510 кг	4998 Н
Коробка передач	105 кг	1029 Н
Раздаточная коробка	112 кг	1097,6 Н
Карданные валы	88 кг	862,4 Н
Передний мост	480 кг	4704 Н
Задний мост	430 кг	4214Н
Средний мост	430 кг	4214
Рама	458 кг	4488,4 Н
Кузов	750 кг	7350 Н
Кабина	440 кг	4312 Н
Колесо в сборе с шиной	135 кг	1323 Н
Радиатор	21 кг	205,8 Н

Полный вес , Н, определим как сумму агрегатов по формуле

 (1.1)

где - вес соответствующего агрегата, Н;

п - количество агрегатов

Тогда, подставив значения, получим

Определим вес остальных агрегатов , Н, по формуле

 (1.2)

где - собственный вес прототипа, Н;

1.2    Определение центра масс неучтенных агрегатов

Наносим на схему автомобиля контуры агрегатов и определяем координаты их центров тяжести (см. лист 1). Произвольно наносим вес неучтенных агрегатов  и точки контакта с опорной поверхностью. Для определения координат центра тяжести неизвестных агрегатов составляем сумму моментов относительно точки

 (1.3)

где - вес соответствующего агрегата, Н;

п - количество агрегатов;

расстояние до соответствующего агрегата, м

Тогда, подставив значения, получим

Исходя из вышеуказанного расчета, делаем вывод, что вес неучтенных агрегатов расположен на расстоянии 1978 мм от задней тележки.

1.3    Определение весов агрегатов проектируемого тягача

Определяем веса устанавливаемых на проектируемый автомобиль агрегатов:

Кабина, Н	5390
Раздаточная коробка, Н	3920
Коники, Н
Коробка передач, Н	3136

Составим перечень весов удаляемых агрегатов:

Кузов, Н	7350
Раздаточная коробка, Н	1097,6
Коробка передач, Н	1029
Кабина, Н	4312

1.4    Определение веса проектируемого тягача

Собственный вес проектируемой машины  равен весу прототипа, плюс сумма весов устанавливаемых агрегатов и минус сумма весов удаляемых агрегатов. Следовательно

тягач лесовозный трансмиссия рулевой

 (1.4)

Подставив значения в формулу, получим

1.5    Определение нагрузок на оси проектируемого тягача в порожнем состоянии

В первую очередь находим нагрузку на передний мост проектируемой машины (см. лист 1). В результате перекомпоновки нагрузка на передний мост должна быть такой же, как у прототипа (разница не должна превышать 1%). Составим уравнение моментов относительно точки

Из этого уравнения выразим неизвестное

Получаем 33158,5≥28449, условие перегрузки не выполняется, т. к. явно превосходит допустимые 1%, следовательно, необходимо произвести перекомпоновку проектируемого тягача.

В процессе перекомпоновки, выбираем один из путей уменьшения нагрузки на переднюю ось, а именно удлиняем базу тягача. Для того чтобы нагрузка на переднюю ось сходилась с возможной нагрузкой необходимо удлинить базу машины с 3.835 метров до 4.7 метров.

Получаем 28408,6<28499, условие выполнено

После окончательной компоновки фиксируем размеры на чертеже. Определяем грузоподъемность переднего моста тягача  Н, по формуле

 (1.5)

где  полная масса на переднюю ось прототипа, Н;

собственная масса на переднюю ось проектируемого тягача, Н;

Подставив значения в формулу, получим

Определяем грузоподъемность проектируемого автомобиля  Н, по формуле

 (1.6)

где полный вес прототипа, Н;

собственный вес проектируемого тягача, Н; (см. формулу 1.4);

Подставив значения в формулу, получим

Gгр=114513-75263,4=39249,6 Н.

1.6    
Определение положения коника на тягаче

Составим расчетную схему тягача

Рисунок 1.1 - Расчетная схема

Для определения расстояния  составим уравнение моментов относительно точки

 (1.7)

где - грузоподъемность автомобиля, Н; (см. формулу 1.6);

- грузоподъемность переднего моста автомобиля, Н; (см. формулу 1.5);

Подставив значения в формулу и выразив , получим

2. Определение параметров рулевой трапеции проектируемого автомобиля

Закон зависимости углов  от  выразим через формулу

 (2.1)

где база проектируемого автомобиля, мм;

колея передних колес автомобиля, мм;

Из этой формулы выразим  и окончательно получим

 (2.2)

где , с шагом ;

Для , будем иметь

Для остальных значений  расчеты аналогичные. Результаты расчетов сводим в таблицу 2.1.

Таблица 2.1

0510152025303540
04,89,313,417,421,424,427,830,5

По полученным результатам строим график  (см. графическую часть лист 4). Выполним схему рулевой трапеции

Рисунок 2.1 - Схема рулевой трапеции

Расстояние  мм, определим по формуле

 (2.3)

где  база автомобиля, мм;

 коэффициент; принимаем ;

Подставив значения в формулу, получим

Определим  по формуле

 (2.4)

Подставив значения, получим

Определение размеров рычагов трапеции. Сначала найдем длину поперечной тяги  мм, по формуле

 (2.5)

где  коэффициент; принимаем ;

Теперь определим длину рычага  мм, по формуле

 (2.6)

Подставив значения в формулу, получим

Определим зависимость угла поворота наружного колеса , от внутреннего , по формуле

 (2.7)

Задаемся  через . Для , будем иметь

Полученные результаты сводим в таблицу 2.2 и сравниваем их с теоретическими в таблице 2.1. Разница между значениями, для  от 0 до 20, должна быть не более 1, при , не более .

Таблица 2.2

0510152025303540
04,49,714,118,422,32629,432,4

3. Обоснование выбора элементов и построение кинематической схемы трансмиссии

Трансмиссией называется силовая передача, осуществляющая связь двигателя с ведущими колесами автомобиля. Трансмиссия служит для передачи от двигателя к ведущим колесам мощности и крутящего момента, необходимых для движения автомобиля.

В данной схеме (см. лист 2) крутящий момент передается от двигателя через шестиступенчатую коробку передач Eator D-203 к раздаточной коробке с блокируемым дифференциальным механизмом, распределяющий крутящий момент между средним и задним мостами тягача. Раздаточная коробка с дифференциальным приводом. Кроме того, раздаточная коробка позволяет включать и выключать привод переднего моста и изменять энергию двигателя - повышенная и пониженная передача, что существенно увеличивает проходимость автомобиля в тяжелых условиях.

Главная передача выполнена двойной и разнесенная, имеет на среднем и заднем мостах блокировку дифференциала, что также повышает проходимость тягача. Коническая и цилиндрическая пары шестерен размещены в одном картере в центре ведущего моста. Наличие цилиндрической пары шестерен позволяет не только увеличить передаточное число главной передачи, но и повысить прочность и долговечность конической пары шестерен. Крутящий момент от конической пары через дифференциал подводится к ведущим колесам автомобиля.

Крутящий момент к среднему и заднему ведущим мостам подводится раздельно - двумя валами.

Данная трансмиссия позволит проектируемому автомобилю уверенно чувствовать себя на большинстве дорог в груженом состоянии.

4. Обоснование выбора и построение схемы тормозного управления автопоезда

Тормозным приводом называется совокупность устройств, осуществляющих связь педали или рычага управления с тормозными механизмами. Он служит для управления и приведения в действие тормозных механизмов.

В данном проекте на проектируемом тягаче будет установлен пневматический тормозной привод, так как он облегчает управление автомобилем, более эффективен по сравнению с другими приводами и обеспечивает использование сжатого воздуха на автомобиле для различных целей. Привод многоконтурный и состоит из шести независимых контуров.

Компрессор 4 подает сжатый воздух через регулятор 5 давления в предохранитель 6 от замерзания, где воздух насыщается парами спирта. Далее насыщенный воздух распределяют двойной 7 и тройной 10 защитные клапаны в трубопроводы шести независимо действующих контуров. Эти контуры обеспечивают действие тормозных механизмов рабочей, стояночной, запасной и вспомогательных тормозных систем автомобиля, а также аварийное растормаживание стояночного тормозного механизма.

Первый контур служит для привода тормозных механизмов передних колес автомобиля. В контур входят воздушный баллон 18, нижняя секция тормозного крана 20, клапан 21 ограничителя давления и тормозные камеры 23 передних колес.

Второй контур предназначен для привода тормозных механизмов колес среднего моста автомобиля. Контур включает в себя воздушный баллон 8, верхнюю секцию тормозного крана 20, регулятор 13 тормозных сил и тормозные камеры 28 колес среднего моста.

Третий контур служит для привода тормозных механизмов колес заднего моста автомобиля. Включает в себя ресивер 24, среднюю секцию тормозного крана 20, регулятор 13 тормозных сил и тормозные камеры 17 колес заднего моста.

Четвертый контур служит для привода тормозных механизмов стояночной и запасной тормозных систем. В контур входят ресиверы 16, тормозной кран 2 обратного действия с ручным управлением стояночным тормозным механизмом, ускорительный клапан 11, двухмагистральный клапан 12 и цилиндры энергоаккумуляторов тормозных камер 17.

Пятый контур предназначен для привода тормозных механизмов вспомогательной тормозной системы и дополнительных потребителей сжатого воздуха. Контур включает в себя цилиндр 19 привода заслонки выпускного трубопровода двигателя и цилиндр 3 выключения подачи топлива.

Шестой контур служит для аварийного растормаживания стояночного тормозного механизма. Контур подключен к тройному защитному клапану 10 и обеспечивает трехкратное растормаживание при неработающем двигателе после аварийного торможения, чтобы отбуксировать автомобиль с места аварии. Растормаживание производится краном 1, управляющим впуском и выпуском сжатого воздуха в цилиндры энергоаккумуляторов тормозных камер 17.

При торможении секции тормозного крана соединяют тормозные камеры автомобиля с ресиверами. В это же время сжатый воздух по управляющему трубопроводу поступает в воздухораспределитель 27, который соединяет ресивер 26 с тормозными камерами 25 прицепа. Во время торможения автопоезда в воздушный баллон 26 прицепа продолжает поступать сжатый воздух из ресивера 16 автомобиля. При отрыве прицепа от автомобиля воздухораспределитель 27 соединяет тормозные камеры 25 с ресивером 26, в результате чего прицеп автоматически тормозится.

Двухпроводной тормозной пневмопривод обеспечивает непрерывное нагнетание сжатого воздуха в воздушный ресивер прицепа и имеет время срабатывания в 1,5…2 раза меньшее, чем у однопроводного пневмопривода. Привод эффективен и надежен при частых и многократных торможениях автопоезда.

5. Расчет характеристик системы «двигатель-гидротрансформатор»

.1 Расчет внешней скоростной характеристики двигателя тягача

Внешняя скоростная характеристика представляет собой зависимость основных показателей двигателя от частоты вращения коленчатого вала при максимальном положении органа регулирования подачи топлива.

Определим расчетную мощность , кВт, по формуле

 (5.1)

где  и  - соответственно, номинальная мощность и частота вращения коленчатого вала; для двигателя ЗИЛ 130 =110,3 кВт, =3200

 и  - соответственно, мощность и частота вращения в искомой точке характеристики;

a, b, c - эмпирические коэффициенты; принимаем а=0,75, b=1.59, c=1.34

Будем задаваться =1000…3200  через 200 оборотов. Подставив значения в формулу, получим

Далее рассчитываем крутящий момент , по формуле

 (5.2)

Подставив значения в формулу для , получим

Результаты расчетов сводим в таблицу 5.1.

Таблица 5.1

1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000 3200	38.47 47.89 57.38 66.73 75.71 84.12 91.73 98.34 103.71 107.64 109.9 110.3	367.36 381.12 391,44 398,3 401,72 401,69 398,23 391,3 380,94 367,13 349,87 329,18

Заключение

В результате проведенной работы был спроектирован лесовозный автопоезд на базе автомобиля ЗИЛ-131. Произведен расчет компоновки лесовозного тягача и составлена его компоновочная схема, а также построены кинематическая схема трансмиссии и структурная схема тормозного управления автопоезда; кроме того, были определены параметры рулевой трапеции, рассчитаны и построены характеристики системы «двигатель-гидротрансформатор»: безразмерная, характеристики входа и выхода.

Как показали проектные и проверочные расчеты, полученные результаты обеспечивают выполнение основных положений технического задания, максимальные отклонения от нормали не превышают 5%, что в пределах допустимого.

Конструкция автопоезда спроектирована с учетом специфики эксплуатации в условиях российских дорог и требований предъявляемых к прочности, надежности и долговечности применяемых агрегатов.

Следовательно, можно сделать вывод: спроектированный лесовозный автопоезд отвечает необходимым критериям работоспособности и обеспечивает выполнение требований технического задания.

Список использованных источников

1, Вахламов В.К. Автомобили: Основы конструкции. - М.: ИЦ Академия, 2004. -528 с.

2   Островцев А.Н. Основы проектирования автомобилей. - М.: Машиностроение, 1968. -204 с.

3        Ворожейкин Г.Г., Михайленко А.В. Теория и конструкция машин и оборудования отрасли. Эксплуатационные свойства машин: Учебное пособие по дипломному и курсовому проектированию для студентов специльостей 170400, 260100 всех форм обучения. - Красноярск: СибГТУ, 2005. -290 с.

4.  Лесотранспортные машины СибГТУ; 2006. Михайленко А.В., Кастрюлин А.А.

5.       Лесные машины. Лесная промышленность; 1989. АнисимовГ. М., Жендаев С.Г.

.        Грузовой автомобиль ЗИЛ-130. Транспорт; 1967. Ершов Б.В., Ершов М.Б.