Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Модернизация МАЗ - 509

Конструктивно-эксплуатационный анализ и направление модернизации базовой машины

Назначение лесовозного автомобиля МАЗ-509А

МАЗ-509А (рисунок 1) представляет собой двухосный автомобиль-лесовоз с двумя ведущими мостами. Совместно с прицепом-роспуском он образует лесовозный автопоезд, предназначенный для перевозки хлыстов и сортиментов по профилированным дорогам с гравийным и усовершенствованным покрытием, с заходом на лесосеки, а также по дорогам, укрепленным щитовыми колейными покрытиями.

На автомобилях МАЗ-509А, так же как и на автомобилях МАЗ-509, устанавливают четырехтактные дизели, усовершенствованные сцепления и коробки передач, ведущие мосты и раздаточные коробки, рулевые управления с гидравлическими усилителями, эффективные колесные тормоза с пневматическим приводом, специальное оборудование для погрузки и перевозки прицепа-роспуска со складывающимся дышлом.

Переднее расположение кабины у лесовозных автомобилей МАЗ позволило более равномерно загрузить ведущие мосты, создать хорошую обзорность и маневренность.

Рисунок 1 - Автомобиль-лесовоз МАЗ-509А.

1.2 Техническая характеристика автомобиля МАЗ-509А

Техническая характеристика автомобиля МАЗ-509А представлена в таблице 1.

Таблица 1 - Техническая характеристика автомобиля МАЗ-509А

Наименование параметра	Значение
Масса буксируемого прицепа-роспуска с грузом, кН	210000
Масса автопоезда с грузом, кг	300000
Нагрузка на коник автомобиля, кН	550
Допустимая нагрузка на коник в зимних условиях при промерзании грунта, кН	6000
Распределение массы автомобиля без груза, кН: на передний мост на задний мост	44100 43900
Распределение массы автомобиля с грузом, кН: на передний мост на задний мост	49500 95000
База автомобиля, мм	3950
Колея задних колес (между серединами сдвоенных колес), мм	1900
Колея передних колес, мм	1950
Дорожные просветы, мм: под передним мостом под задним мостом под картером раздаточной коробки	310 300 450
Наименьший радиус поворотов в обе стороны по оси следа внешнего переднего колеса, м	11,5
Угол свеса (с полной нагрузкой), град: передний задний	35 40
Габаритные размеры автомобиля, мм: длина ширина высота но ограждению без нагрузки высота с роспуском на шасси	6770 2600 3000 3660
Наибольшая скорость при полной нагрузке, км/ч	60

Продолжение таблицы 1

Путь торможения с полной нагрузкой при скорости 40 км/ч на горизонтальном участке сухой дороги с твердым покрытием (не более), м	21
Максимальный подъем преодолеваемый автопоездом, ⁰	12
Контрольный расход топлива на 100 км, л	48

1.3 Аналоги лесовоза МАЗ-509А

Отечественными аналогами лесовоза МАЗ-509А (рисунок 2) являются лесовозы МАЗ-509 и МАЗ-509П, который отличается повышенной грузоподъемностью (158 кН.), надежностью, плавностью хода, общей комфортабельностью, тормозной системой с раздельным торможением мостов и новой светотехнической аппаратурой для обеспечения требований безопасности движения, а также более мощным двигателем ЯМЗ-236 с номинальной мощностью 133 кВт., двухдисковым сцеплением (сухое, фрикционного типа с периферийными цилиндрическими пружинами). На лесовоз МАЗ-509А устанавливается лебедка барабанного типа с червячным редуктором, которая предназначена для погрузки-прицепа роспуска на шасси тягача.

Рисунок 2-Общий вид лесовоза МАЗ-509А

В настоящее время зарубежные производители практически перестали выпускать автомобили-лесовозы с колесной формулой 4*4, так как современный, быстро развивающийся, лесной комплекс требует использование лесовозов, обладающих большей грузоподъемностью и мощностью. В связи с этим широкое распространение получили лесовозы с колесными формулами 6*4,6*6, типичными представителями которых являются Volvo, MAN, Mack, Scania, Howo. Основные технические характеристики зарубежных лесовозов представлены в таблице 2.

Подробней рассмотрим лесовоз Volvo А25Е (рисунок 3), в отличие от моделей конкурентов его рама состоит из двух частей (секций). На передней расположена кабина и двигатель с агрегатами трансмиссии, а на задней - лесовозное оборудование. Между собой секции соединены специальным шарниром, который позволяет им поворачиваться в горизонтальной плоскости на угол 45º. Благодаря такому решению существенно повысились управляемость и проходимость машины.

Рисунок 3- Общий вид лесовоза Volvo

Турбодизельный двигатель лесовозов Volvo D9 объемом 9,4 л и мощностью 225 кВт. оснащен комплексом V-ACT, включающем новейшую схему впрыска топлива под высоким давлением, усовершенствованную систему электронного управления и устройство рециркуляции отработавших газов. Неудивительно, что мотор легко выполняет европейские экологические

нормы Stage 3a и американский стандарт Tier III.

С двигателем агрегатируется автоматическая планетарная коробка передач Volvo Powertronic с блокируемым гидротрансформатором. Для движения вперед используются 6 ступеней, для движения назад – 2. Раздаточная коробка оборудована блокируемым межосевым дифференциалом, а ведущие мосты - планетарными колесными редукторами и механизмом блокировки дифференциалов.

Плавность хода лесовозов на бездорожье повышает оригинальная подвеска. Трехточечное крепление направляющего аппарата обеспечивает независимое перемещение передних колес, а балансирная конструкция второго и третьего мостов увеличивает ход колес и снижает нагрузки на раму.
Таблица 2- Основные технические характеристики зарубежных и отечественного лесовозов

Параметры	Volvo А25Е	MAN TGA 33.480	HOWO ZZ4252S3446F	Scania R144GB	МАЗ-509А
Мощность, кВт	225	353	276	390	133
Максимальная скорость, км/ч	53	85	65	85	60
Колесная формула	6*6	6*4	6*4	6*4	4*4
Число передач	6	16	14	14	5
Полная масса автопоезда, кН	460	330	300	290	200
Габаритные размеры, мм	1360334003400	753825003050	703524803088	690525653000	67702600 3000

Проанализируем технические характеристики приведённых лесовозов. Сравнивая эти автомобили по мощности двигателя, приходим к выводу, что у лесовоза МАЗ- 509А двигатель недостаточно мощный. Также у коробки переключения передач МАЗ-509А малое количество передач. Это может создавать неудобства в эксплуатации. Рассматривая трансмиссию можно заявить, что она оказывается неудовлетворительной в ряде случаев, а именно: недостаток повышенных передач и недостаточный ресурс ведущих мостов.

Таким образом, ознакомившись с техническими характеристиками автомобиля МАЗ-509А и сравнив его с зарубежными аналогами, с его достоинствами и недостатками, а также исходя из требования обеспечения скоростных и тягово-сцепных качеств автомобиля, в связи с его специфическими условиями работы, можно сказать однозначно- автомобиль МАЗ 509А устарел и требует модернизации. В связи со спецификой работы данного автомобиля целесообразнее будет выбрать в качестве объекта модернизации - редуктор переднего ведущего моста.

2 Выбор двигателя

2.1 Определение веса лесотранспортной машины и мощности двигателя

Достижение необходимых тяговых и скоростных показателей лесотранспортной машины возможно только при правильном выборе основных ее параметров. Такими параметрами являются: вес лесотранспортной машины, скорости движения (передаточные числа трансмиссии) и мощность двигателя.

Исходные данные:

Грузоподъёмность автопоезда Q=168 кН;

Тип и состояние дороги: бетон;

Вес прицепа =41,5 кН;

Угол преодолеваемого подъема α = 12°;

Коэффициент сцепления движителя с дорогой =0,5;

Коэффициент сопротивления движению тягача =0,03;

Коэффициент сопротивления движению прицепа =

Колея колес автомобиля В=1,95 м;

Высота автомобиля Н=3 м;

Коэффициент обтекаемости к_v =0,7 Нс²/м² .

Вес лесотранспортной машины, и мощность ее двигателя зависят от схемы транспортировки груза (рисунок 4).

Рисунок 4- Функциональная схема транспортировки груза.

Вес машины определяется из формулы:

где - вес прицепа, принимается по прототипу и равен =41,5 кН;

Q – грузоподъёмность автопоезда, которая определяется по формуле:

Q = Q₁+ Q₂, и ровна Q=168 кН. (берется в соответствии с заданием);

-вес части груза, размещенного на тягаче, который определяется по формуле для автомобилей 4К4: Q₁ = (0,7... 0,8) G*=;

G*- собственная масса тягача, G*=53,9 кН.

Тогда вес части груза размещенного на прицепе равен:

- коэффициент сопротивления движению тягача, =0,03;

- коэффициент сопротивления движению прицепа, =0,03, так как для автомобиля с прицепом можно принять =

- угол преодолеваемого подъема. Максимальный угол подъема для автомобилей α = 12°;

- коэффициент сцепления движителя с дорогой =0,5,так как тип и состояние дороги - бетон;

- коэффициент загрузки ведущих колес. Для полноприводных автомобилей со всеми ведущими колесами при блокированном приводе λ_к = 1.

Мощность двигателя лесовозного автомобиля определяется для трёх случаев: при полной нагрузке и максимальном сопротивлении движению; при полной нагрузке и среднем сопротивлении движению; при максимальной скорости движения без нагрузки и минимальном сопротивлении движению по формуле:

где - касательная сила тяги на ведущих колесах:

;

где - сила сопротивления воздуха:

;

где F - лобовая поверхность машины:

где В - колея колес автомобиля, м. Принимается по прототипу, В=1,95 м;

H - высота автомобиля, м. Принимается по прототипу, Н=3 м;

к_v - коэффициент обтекаемости, к_v =0,7 Нс²/м² ;

V – скорость автомобиля. Принимается по прототипу и ровна - 60км/ч;

- к.п.д. трансмиссии принимается по прототипу и равен ;

- коэффициент использования мощности двигателя;

Мощность двигателя при движении в тяжёлых дорожных условиях и минимальной скорости движения с грузом V=0,85 м/с [5] определяется:

Мощность двигателя при движении в средних дорожных условиях и рабочей скорости движения с грузом V=4 м/с [5] определяется:

Мощность двигателя при движении порожнего автомобиля на максимальной скорости (V=16,7 м/с - максимальная скорость по прототипу) определяется:

Правильность принятия мощности двигателя проверяется по величине удельной мощности, (кВт/т):

кВт/т ,

где N_е – максимальная расчетная мощность двигателя, кВт;

G - вес лесовозного автомобиля без груза, т.

Значения удельных мощностей N_уд лесотранспортных машин находятся в пределах (кВт/т):

- лесовозные автомобили с дизельным двигателем: 14,0….23.0.

Значение удельной мощности попадает в указанный предел.

Таким образом, на основе проведенных расчетов можно сделать вывод о том, что мощность проектируемого автомобиля практически совпадает с мощностью прототипа. Следовательно, выбираем двигатель аналогичный прототипу, а именно ЯМЗ-236, техническая характеристика которого приведена в таблице 3.

Таблица 3- Техническая характеристика двигателя ЯМЗ-236

Показатели	Характеристики
Модель двигателя	ЯМЗ-236
Номинальная мощность (при 2100 мин^-1), кВт	132,3
Обороты, мин^-1	2100
Тип	4-тактный с воспламенением от сжатия
Число цилиндров	6
Расположение цилиндров	V-образное с углом развала 90⁰
Порядок работы цилиндров	1-4-2-5-3-6
Способ смесеобразования	непосредственный впрыск

2.2 Построение скоростной характеристики двигателя

Значения параметров скоростной характеристики вычисляются для шести точек с равным интервалом в диапазоне частот вращения 600< n <2100 мин^-1. Скоростная характеристика двигателя приближенно может быть построена по эмпирическим формулам.

Исходные данные:

Частоты вращения коленчатого вала: n_e1=600 мин^-1; n_e2=900 мин^-1; n_e3=1200 мин^-1; n_e4=1500 мин^-1; n_e5=1800 мин^-1; n_e6=2100 мин^-1;

Максимальная мощность двигателя N_{e max}=132,3 кВт;

Постоянные коэффициенты: А=0,87; В=1,13; А₀=1,55; В₀=1,55; С₀=1;

Удельный расход топлива при максимальной мощности двигателя

g_ен =245 г/(кВт.ч).

Мощность двигателя определяется по формуле:

где N_emax - выбранная максимальная мощность двигателя, N_emax=132,3кВт;

n_е₁ - частота вращения коленчатого вала, n_е₁=600 мин^-1;

n_н - частота вращения, соответствующая максимальной мощности, n_н=2100 мин^-1;

А, В, - постоянные коэффициенты, значения которых приведены в таблице 4.

Таблица 4 - Значения постоянных коэффициентов формул характеристик двигателей

Тип двигателя

А₀

В₀

С₀

Дизель с непосредственным впрыском

0,87

1,13

1,55

Значения остальных мощностей при частоте вращения коленчатого вала n_e2=900 мин^-1; n_e3=1200 мин^-1; n_e4=1500 мин^-1; n_e5=1800 мин^-1; n_e6=2100 мин^-1 занесены в таблицу 5.

Крутящий момент двигателя определяется по следующей формуле:

Значения остальных крутящих моментов занесены в таблицу 5.

Удельный расход топлива рассчитывается по формуле:

где g_ен - удельный расход топлива при максимальной мощности двигателя,

g_ен =245 г/(кВт.ч), (берется из характеристики прототипа);

А₀, В₀, С₀ - постоянные коэффициенты, значение которых приведены в таблице 4.

Значения остальных удельных расходов топлива занесены в таблицу 5.

Часовой расход топлива рассчитывается по формуле:

Значения остальных часовых расходов топлива занесены в таблицу 5.

Таблица 5 – Параметры скоростной характеристики двигателя.

N_i, об/мин	N_еi, кВт	М_ei, Нм	g_ei, г/кВтч	G_ei, кг/ч
600	42,004	668,56	291,25	12,23
900	66,45	705,11	262	17,41
1200	89,9	715,45	242,75	21,82
1500	110,276	702,09	233,75	25,78
1800	125,18	664,15	234,25	29,32
2100	132.3	601.65	245	32.41

Скоростная характеристика двигателя представлена на рисунке 5

Рисунок 5 - Скоростная характеристика двигателя

3 Тяговый расчет машины

3.1 Выбор кинематической схемы трансмиссии и описание основных узлов машины

Кинематическая схема во многом определяет конструкцию узлов и соответствие машины конструкторским условиям эксплуатации. В современном автомобильном строении для каждого типа машины уже отработаны определенные схемы трансмиссии. Поэтому принимаем за основу рассматриваемого автомобиля схему трансмиссии прототипа, т.е. МАЗ-509А

Так как автомобиль является грузовым и работает в тяжелых условиях, то целесообразнее использовать двухдисковое, сухое сцепление, фрикционного типа с периферийными цилиндрическими пружинами, предназначенное для плавного отсоединения работающего двигателя от трансмиссии, безударного включения передач, плавного трогания с места, торможения и остановки автомобиля. Двухдисковое сцепление при сравнительно небольших размерах позволяет передавать значительный крутящий момент.

Для лучшей загрузки двигателя по мощности целесообразнее использовать трехвальную, пятиступенчатую, с синхронизаторами и с неавтоматическим дистанционным управлением коробку передач. Высшая 5 передача в коробке передач – повышающая, а 4 передача – прямая. Повышающая передача используется при движении по хорошим дорогам, а также при движении автомобиля с неполной нагрузкой. При этом уменьшается расход топлива и увеличивается долговечность двигателя, так как на повышающей передаче обеспечивается работа двигателя с меньшей частотой вращения коленчатого вала двигателя.

Для повышения проходимости машины передний и задний мосты принимаем ведущими, для чего используем раздаточную коробку. Причем передний ведущий мост имеет центральный редуктор и бортовые передачи, а

также две полуоси с шарнирами, а задний ведущий мост имеет центральный

редуктор и колесные цилиндрические передачи. Раздаточная коробка – механическая, двухступенчатая, с межосевым цилиндрическим дифференциалом. Она позволяет увеличить диапазон передаточных чисел коробки передач и эффективнее использовать автомобиль в различных дорожных условиях.

На автомобиле повышенной проходимости с колесной формулой 4*4 используются три одновальных карданных передачи, шарниры неравных угловых скоростей с игольчатыми подшипниками для соединения соответственно коробки передач с раздаточной коробкой, а также раздаточной коробки и с задним и передним ведущими мостами.

Рулевое управление целесообразнее применить левое, с передними управляемыми колесами и с усилителем. Рулевой механизм – винтореечный и выполнен в виде винта, шариковой гайки – рейки и сектора. Передаточное число рулевого механизма 23,6. Рулевой привод – с задней неразрезной трапецией. Усилитель гидравлический. Гидрораспределитель и гидроцилиндр объединены в одном блоке отдельно от рулевого механизма.

Тормозная система автомобиля должна быть представлена несколькими типами. Рабочая (ножная) тормозная система автомобиля предназначена для снижения скорости движения вплоть до полной его остановки. Рабочий тормоз – ножной, колодочный на все колеса с пневматическим раздельным приводом передней и задней тормозных осей. Стояночная тормозная система служит для удержания на месте неподвижного автомобиля. Стояночный тормоз – ручной, центральный, колодочный, расположен на фланце ведущей шестерни редуктора заднего моста, привод механический. Вспомогательная тормозная система служит для ограничении скорости движения автомобиля на длинных и затяжных спусках.

3.2 Определение передаточных чисел трансмиссии

лесовозного автомобиля

Исходные данные:

Передаточное число к.п.п. на высшей передаче

Передаточное число раздаточной коробки на высшей передаче

Максимальная скорость движения автомобиля на высшей передаче

Радиус ведущего колеса автомобиля

Максимальная частота вращения коленчатого вала двигателя =2100 с^-1;

Коэффициент сцепления движителя с дорогой =0,6;

Коэффициент загрузки ведущих колес λ_к = 1;

Максимальный крутящий момент двигателя =715,45 Нм;

Расчетная схема трансмиссии автомобиля-лесовоза представлена на рисунке 6.

Рисунок 7 – Расчетная схема трансмиссии лесовоза

Общее передаточное число трансмиссии автомобиля рассчитывается по формуле:

где передаточное число коробки перемены передач;

передаточное число главной передачи;

передаточное число дополнительной коробки передач (раздаточной коробки);

Передаточное число главной передачи автомобиля определятся исходя из обеспечения максимальной скорости движения автомобиля, и может быть рассчитано по следующей формуле:

где - радиус ведущего колеса автомобиля, принимается по прототипу и равен ;

- максимальная частота вращения коленчатого вала двигателя, =2100 с^-1;

- передаточное число к.п.п. на высшей передаче. У автомобилей с дизельным двигателем ;

- передаточное число дополнительной (раздаточной) коробки на высшей передаче. Принимается по прототипу и равно ;

- максимальная скорость движения автомобиля на высшей передаче, принимается по прототипу и равна ;

Передаточное число к.п.п. на первой передаче определяется исходя из условия преодоления автомобилем максимального дорожного сопротивления при использовании максимального динамического фактора по сцеплению, выражаемого равенством:

где - коэффициент сцепления движителя с дорогой =0,6;

Исходя из условия получения максимальной величины динамического фактора передаточное число к.п.п. на первой передаче определяется по формуле:

где - максимальный крутящий момент двигателя, определяемый по внешней скоростной характеристике двигателя и равный =715,45 Нм.

Для обеспечения наибольшей интенсивности разгона структура передач строится по геометрической прогрессии. Знаменатель прогрессии для автомобиля с дизельным двигателем равен:

где - передаточное число передачи к.п.п., предшествующей высшей. Для автомобиля с дизельным двигателем .

Передаточные числа промежуточных передач будут равны:

Общее передаточное число трансмиссии на первой передаче определяется по формуле:

Остальные передаточные числа трансмиссии определяются по формуле:

Результаты расчетов занесены в таблицу 6.

Таблица 6-Передаточные числа трансмиссии

Передача	Uр	Uк(U_{к прототипа})	Uтр
I	1,18	5,91(5,26)	87,93
II	1,18	3,26(2,9)	48,58
III	1,18	1,81(1,52)	26,84
IV	1,18	1(1)	14,83
V	1,18	0,56(0,66)	8,1

Модернизация МАЗ - 509 📙 Курсовая → 🆔 132976