Тяговый расчет аварийноспасательной машины ЗИЛ 49061

Новосибирская Государственная Академия Водного  Транспорта

Кафедра: ЗВС от ЧС

Дисциплина: СТ и БМ 
 
 

Курсовая  работа

«Конструкция  и основы тяговых расчетов АСМ (ЗИЛ - 49061)» 
 

                                     Выполнил: студент группы ГЧ-41а

                                              Володин А.В.  

               Проверил: Ефремов А.М.                          
 
 
 
 
 
 

Новосибирск 2011

Содержание.

1.Теоретическая  часть…………………………………………………………….2

1.1 Область применения, конструкция и назначение ЗИЛ – 49061……………2

1.2. Линейные размеры и основные параметры ………………………………..3

1.3. Основные  механизмы и кинематическая схема трансмиссии…………….5

2. Практическая  часть…………………………………………………………….9

2.1 Тяговые расчеты  и динамические характеристики…………………………9

_{2.2 Расчет баланса мощности, базовой машины при прямолинейном движении на горизонтальном участке пути на прямой (повышенной) передачи………………………………………………………………………….15}

_{3.Заключение…………………………………………………………………….17}

_{Список  литературы………………………………………………………………18} 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1.Теоретическая  часть.

     Аварийно-спасательные машины тяжелого класса на базе ЗиЛ предназначены для обеспечения действий спасателей в количестве 7-9 человек при наращивании усилий по ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций, катастроф и стихийных бедствий во втором эшелоне, а так же в тяжелых природных условиях или труднопроходимых местах.

1.1.Область  применения, конструкция и назначение ЗИЛ 49061 

 
 
 
 
 
 
 
 
 

Рис.1 ЗИЛ-49061

     Автомобиль  специальный плавающий ЗиЛ-4906, предназначен для оперативной доставки спасателей и спецоборудования в районы ЧС природного и техногенного характера, в том числе труднодоступные места для обеспечения аварийно-спасательных и других неотложных работ.

     В носовой части сосредоточены  радионавигационный комплекс и 4-местная  кабина экипажа. Сразу за передней осью смонтирован силовой агрегат  с обслуживающими системами, все  остальное пространство отведено грузовому  отсеку. Равномерное расположение осей по базе машин (2400+ 2400 мм) дает возможность преодолевать канавы и рвы шириной более 1,5 м, вертикальные грунтовые и снежные уступы до 1 м.Используется V-образный 8-цилиндровый бензиновый двигатель ЗИЛ-508.10 мощностью 150 л.с., либо его дизельный 136-сильный вариант ЗИЛ-0550.30. Пятиступенчатая механическая коробка передач и 2-ступенчатая раздаточная коробка обеспечивают 10 передач переднего и две - заднего хода. Трансмиссия выполнена по так называемой схеме с бортовой раздачей потока мощности. Это означает, что усилие передается к колесам каждого борта, которые имеют жесткую кинематическую связь между собой. При этом межбортовой дифференциал снабжен механизмом блокировки. Помимо высокой тяги, развиваемой в наиболее сложных условиях, подобное техническое решение позволяет понизить центр тяжести груза и всего вездехода.

     Водоизмещающий  корпус с удачными гидродинамическими обводами, кабина, пол кузова у ЗИЛ-4906 отформованы из стеклопластика. В  стандартную комплектацию входят водооткачивающая система, автоматическая установка  пожаротушения, система кондиционирования  воздуха, генератор постоянного  тока мощностью 4,5 кВт.

     А так же специальное оборудование: Навигационное, радиотехническое и  светотехническое оборудование; средства индивидуальной защиты; Медицинское, санитарно-бытовое  оборудование и имущество; средства пожаротушения; специальный инструмент для проведения аварийно-спасательных работ; средства радиационной и химической разведки.

1.2. Линейные размеры и основные параметры.

Рис. 2 Основные параметры ЗИЛ - 49061

1 - Двигатель; 2 – однодисковое сцепление; 3 – коробка передач;           4 – раздаточная коробка с межбортовым блокирующим дифференциалом; 5 – корданные валы; 6 – бортовые редукторы; 7 – колесные редукторы; 8 – корданный вал колесного редуктора; 9 – редуктор привода гребных валов; 10 – корданные валы бортовых редукторов; 11 – промежуточные опоры

Таблица 1

1.3. Основные механизмы  и кинематическая  схема трансмиссии.

     Трансмиссия служит для обеспечения оптимального режима работы двигателя в разных условиях движения. В механической трансмиссии это осуществляется за счет того, что водитель вручную  переключается между несколькими  ступенями (передачами) МКПП, имеющее  различное передаточное число.

Коробка передач автомобиля ЗИЛ-49061

       На автомобиле ЗИЛ-49061 установлена пятиступенчатая механическая коробка передач и 2-ступенчатая раздаточная коробка, которая обеспечивает 10 передач переднего и две - заднего хода.

     МКПП  и РК «Синей птицы» являются базовыми для серийного автомобиля ЗИЛ  – 130, что соответственно упрощает обслуживание и ремонт.

     Механизм, в котором два подвижных звена  являются зубчатыми колесами, образующими  с неподвижным звеном вращательную или поступательную пару, называют зубчатой передачей.

     

     Рис. 3. Виды зубчатых передач

 а, б, в — цилиндрические зубчатые передачи с внешним зацеплением; г — реечная передача; д — цилиндрическая передача с внутренним зацеплением; е — зубчатая винтовая передача; ж, з, и — конические зубчатые передачи; к — гипоидная передача 

Конические  зубчатые пары

     Во  многих машинах осуществление требуемых  движений механизма связано с  необходимостью передать вращение с  одного вала на другой при условии, что оси этих валов пересекаются. В таких случаях применяют  коническую зубчатую передачу. Различают  виды конических колёс, отличающихся по форме линий зубьев: с прямыми, тангенциальными, круговыми и криволинейными зубьями. Конические колёса с прямым зубом, например, применяются в автомобильных  дифференциалах, используемых для передачи момента от двигателя к колёсам.

Цилиндрические  зубчатые пары

     Профиль зубьев цилиндрических колёс, как правило, имеет эвольвентную боковую форму. Однако, существуют передачи с круговой формой профиля зубьев (передача Новикова с одной и двумя линиями зацепления) и с циклоидальной. Кроме того, в храповых механизмах применяются зубчатые колёса с несимметричным профилем зуба.

Значения  к.п.д. механических передач  

Тип передачи 

     Закрытая Открытая

Зубчатая цилиндрическая 0,96; 0,98 0,92; 0,95

Зубчатая коническая  0,95; 0,97 0,91; 0,94 

Планетарная передача

     Планетарная передача (дифференциальная передача) — механическая система, состоящая  из нескольких планетарных зубчатых колёс (шестерён), вращающихся вокруг центральной, солнечной, шестерни. Обычно планетарные шестерни фиксируются  вместе с помощью водила. Планетарная  передача может также включать дополнительную внешнюю кольцевую (коронную) шестерню, имеющую внутреннее зацепление с  планетарными шестернями.

     Дифференциа́л — это механическое устройство, которое делит момент входного вала между выходными осями. Наиболее широко применяется в конструкции привода автомобилей, где момент от выходного вала коробки передач (или карданного вала) поровну делится между полуосями правого и левого колеса. В полноприводных автомобилях также может применяться для деления момента в заданном соотношении между ведущими осями.

     Карда́нная переда́ча  — конструкция, передающая крутящий момент между валами, пересекающимися в центре карданной передачи и имеющими возможность взаимного углового перемещения.

     Бортовой  редуктор — агрегат трансмиссии, расположенный непосредственно перед ведущим колесом. Представляет собой шестеренчатую понижающую передачу, предназначенную для постоянного увеличения крутящего момента, подводимого к ведущему колесу.

     Коробка передач - служит для ступенчатого изменения передаточного числа, т. е. скорости вращения или величины подачи. К. п. состоит из переключаемых зубчатых передач, размещенных в отдельном корпусе (коробке) или в общем корпусе с др. механизмами.

     Переключение  скоростей в К. п. осуществляется: механизмами индивидуального управления, в которых каждый зубчатый блок или  муфта переключается отдельной  рукояткой; механизмами централизованного, в которых все зубчатые блоки  и муфты переключаются одной  общей рукояткой; электрическими и  др. устройствами дистанционного управления; устройствами автоматического управления, переключающим скорости в зависимости от изменяющихся условий работы.

     Рис.3. Коробка передач автомобиля ЗИЛ-49061

 а – устройство  передачи; б – первая; в – вторая; г – третья; д – четвертая; е – пятая; ж – задний ход.

     Раздаточная коробка - служит для распределения и передачи крутящего момента к переднему мосту автомобиля и мостам задней тележки. Она установлена на лонжероне рамы и продольной балке, расположенной между поперечинами, на кронштейнах с четырьмя резиновыми подушками.

1. распределяет крутящий момент между ведущими мостами таким образом, чтобы обеспечивалась наилучшая проходимость автомобиля без возникновения негативного явления — «циркуляции мощности» в трансмиссии;
2. увеличивает крутящий момент на ведущих колёсах в пределах, необходимых для преодоления сопротивления качению колёс при движении по плохим дорогам и бездорожью, а также на крутых подъёмах;
3. обеспечивает устойчивое движение автомобиля с малой скоростью при работе двигателя в режиме максимального крутящего момента.

Рис.4. Раздаточная коробка автомобиля ЗИЛ - 49061

1 —  картер раздаточной коробки: 2 —  каретка включения первой передачи; 8 — колесо первой передачи; 4 —  вал привода переднего моста; 5 — стопорное кольцо; 6 и 22 —  крышки;    7 — маслоотгонная шайба; 8 — фланец привода переднего моста; 9 — пневматическая камера включения привода переднего моста; 10 — фланец ведущего вала; 11 — ведущий вал;              12 — манжета; 13 — шестерня ведущего вала; 14 — шпонка; 15 — каретка включения второй передачи; 16 — крышка верхнего люка; 17 — крышка картера; 18 — ведомый вал; 19 — червяк привода спидометра; 20 — барабан стояночного тормоза: 21 — каретка включения привода переднего моста; 23 — колесо второй передачи; 24 — пробка сливного отверстия с магнитом;      25 — колесо второй передачи; 26 — выключатель контрольной лампы включения привода переднего моста; 27 — вентиляционная трубка; 28 — корпус механизма блокировки;             

2. Практическая часть.

2.1 Тяговые расчеты  и динамические  характеристики.

     Тяговые расчеты показывают, какую силу тяги можно развить на ведущих колесах  машины при движении на дорогах с  различным покрытием, при меняющейся весовой нагрузки, различных скоростях движения и величинах преодолеваемых уклонов. Чем больше сила тяги машины, тем выше ее проходимость, поэтому для обеспечения требуемой эксплуатационной характеристики машины необходим тяговой расчет, при котором производится подбор мощности двигателя, рациональная разбивка общего передаточного числа по ступеням передач. 

Определяем  передаточное число трансмиссии  для каждой передачи:

             

        

КПД трансмиссии:

i- число кинематических пар входящих в трансмиссию от первичного вала коробки до ведущего колеса.

Цилиндрическая  пара 0,93-0,91

Коническая пара 0,93-0,95

Планетарный ряд 0,98-0,99

Радиус колеса:

,Н

- эффективная мощность, л/с.

- частота вращения, об/мин.

, км/ч.

Где r – радиус колеса, м;

i_тр – общее передаточное число трансмиссии на высшей передаче;

_{Пользуясь внешней характеристикой  двигателя, определим Ne , Me , Tk при частоте вращения коленчатого вала двигателя в интервале 600 – 3200 об/мин (через каждые 600 оборотов). Результаты расчетов сведены в Таблице 2.}

 

     Строим  график изменения динамического  фактора от скорости движения на различных  передачах, который называется динамической характеристикой машины. (рис.5)

     _{По  заданному значению максимальной мощности производится построение скоростной характеристики двигателя и кривой крутящегося момента. (рис.6)}

     Тяговый расчет

     Для того чтобы проверить тяговые  качества машины составляется уравнение  тягового баланса, когда необходимые  силы тяги на колесах машины в каждый заданный момент должна быть равна  сумме внешних сил, которые должна преодолеть машина.

 

P_f – сила сопротивлению качению колес;

P_п- сила сопротивления на подъем пути;

P_в-сила сопротивления ветра(воздуха);

P_и- сила сопротивления разгону.

     Под действием вертикальной нагрузки колеса деформируются, и при их качении энергия затрачивается на трение в материале шины и на трение скольжения вместе с контактом шины с дорогой.

Силы сопротивлению  качению машины определенной массы  можно написать:

_{Где f- коэффициент сопротивлению качению:}

_{для цементного асфальта – бетонного покрытия  0,014- 0,022}

для грунтового(сухого) покрытия  0,03 – 0,06

для грунтового(грязного) покрытия 0,05-1

для песчаного (сухого) покрытия 0,15-0,3

для песчаного (влажного) покрытия  0,08-0,1

для снежного покрытия 0,025 -0,03

для ледяного покрытия 0,018-0,02

  _{(для твердого  покрытия)}

Сопротивление подъему:

_{α – угол подъема дороги, в градусах.}

Сила сопротивления  разгону:

j –ускорение машины (0,15-0,25);

δ –  коэффициет учета вращающихся масс;

_{a – коэффициент для автомобиля(0,04-0,05);}

_{i – передаточное число коробки передач с учетом включенной ступени.}

Сила сопротивления  ветра(воздуха):

 

     _{Сила сцепления Tφ представляет собой силу противодействующую скольжению колес относительно (твердой) дороги с коэффициентом сцепления (0,8)}

_{nk – количество ведущих колес;}

_{φ – коэффициент  сцепления;}

_{zk- вертикальная реакция.}

_{Проверяем условие для каждой передачи. Получаем:}

_{71015,59<566400 – условие выполняется;}

_{66829,66<566400– условие выполняется при;}

_{65602,7<566400 – условие выполняется;}

_{65241,9<566400 – условие выполняется;}

_{65133,6<566400 – условие выполняется.} 

     _{Проверяем силу сцепления колес с (грязной, неровной) дорогой, коэффициент сцеплениия которой (0,35)} 

  _{(для грунтовой, грязной дороги)}

 

_{Также проверяем условие  для каждой передачи. Получаем:}

_{80455,59<212400– условие выполняется;}

_{76269,66<212400 – условие выполняется;}

_{75042,7<212400– условие выполняется;}

_{74681,9<212400– условие выполняется;}

_{74573,6<212400– условие выполняется.} 
 
 

_{2.2 Расчет баланса мощности, базовой машины при прямолинейном движении н горизонтальном участке пути на прямой (повышенной) передачи.}

_{К1- зависит от типа двигателя.}

_{n-производная частота вращения вала;}

_{nN –частота вращения коленчатого вала при эффективной мощности.}

  _{- момент двигателя при эффективной мощности;}

_{Производится  построение кривой потери мощности на привод вентилятора на высшей передачи (рис. 7)}

_{, где} 

_{Строится  кривая потери мощности трансмиссии на высшей передачи (рис. 7)}

_{Строится  кривая потери мощности в движители на высшей передачи (рис. 7)}

_{i-число подшипников в ходовой части машины берется из расчета для каждой полосы ведущего моста 3 подшипника, для каждого управления 2.}

_{Строится  кривая потери мощности на преодолении сопротивления движения на высшей передачи (рис. 7)}

_{Где - скорость движения АСМ на высшей передаче, км/ч;}

_{f – коэффциент сопротивления движению.}

_{Таблица 3}

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

_{3. Заключение.}

     _{Из  исследования тяговых  качеств АСМ можно  сделать вывод, что  при правильной эксплуатации уникального вездехода  повышенной проходимости ЗиЛ – 49061, можно получить очень эффективные возможности проникновения в самые дтруднопроходимые места, не взирая на климатические и стихийные условия.}

   _{«Синяя птица» по своему на столько доведена до ума инженерами КБ ЗиЛ, что не требует как таковых технических вмешательств или решений.}

_{Большой, для данного класса автомобилей, дорожный просвет (580 мм) позволяет существенно повысить проходимость на слабонесущих грунтах (снег, песок, влажная луговина и пр.).} 

     _{Необычная схема управления вездеходов - управляемые  колеса первой и третьей  оси - имеет неоспоримые  преимущества:}

_{- радиус поворота девятиметровых машин составляет всего 10 метров;}

_{- несущая рама более широкая и прочная;}

_{- значительно снижается сопротивление движению на деформируемых поверхностях ввиду того, что задние управляемые колеса следуют по колее, проложенной передними.}

     _{Индивидуальная  торсионная подвеска каждого колеса, давление воздуха в шине которого может регулироваться, дополненная гидроамортизаторами, обеспечивает плавность хода и увеличение средней скорости движения в условиях бездорожья.}

     _{Все составляющие трансмиссии  унифицированы. Кузов  ЗиЛ – 49061 отформован из стеклопластика, наличие гребных винтов позволяет преодолевать водные преграды, а в стандартную комплектацию входят водооткачивающая} система, автоматическая установка пожаротушения, система кондиционирования воздуха, генератор постоянного тока мощностью 4,5 кВт.  

      _{Остается  только порекомендовать  использовать АСМ  при максимальных оборотах не более 2400 об/мин, при которых достигается наиболее продуктивная производительнось двигателя, с небольшим запасом мощности. Так же можно отметить что скоростные качества АСМ – 49061 имеют высокий потенциал, и при необходимости скорость можно развить более 100 км/ч, что конечно же негативно скажется на дальнейшей эксплуатации двигателя автомобиля, а так же увеличит расход топлива, но может выручить в самый жизненноважный момент, когда время не ждет.}