Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Конструирование пожарной автоцистерны

1.1 Назначение и область применения ПНС

Пожарные насосные станции относятся к основным пожарным автомобилям и предназначены для подачи воды по магистральным пожарным рукавам непосредственно к лафетным стволам или к пожарным автомобилям с последующей подачей воды на пожар. Кроме того, ПНС могут использоваться для создания резервного запаса воды вблизи от места крупного пожара.

1.2 Выбор шасси, силового агрегата и надстройки ПНС

Для правильного выбора шасси и силового агрегата проектируемого пожарного автомобиля следует исходя из среднестатистической продолжительности следования ПА - _сл, определяемого по формуле:

_сл = R / с₁^. с₂^. с₃^. с₄^. _{А мах}

и нормированного значения радиуса выезда, определить максимальную скорость движения - _{А мах} при заданных условиях эксплуатации

_{А мах} = R / (_СЛ^. с₁^. с₂^. с₃^. с₄), (1)

где R - протяженность (радиус) выезда, км;

с₁ - коэффициент использования мощности (0,3…0,4);

с₂ - коэффициент развития мощности (0,8);

с₃ - коэффициент учета климатических условий (0,5…0,9);

с₄ - коэффициент учета дорожных условий (0,3…1,0);

_{А мах} - максимальная техническая скорость автомобиля, км^. ч^-1.

_сл = 8 / 0,3. 0,8^. 0,8^. 0,95^. 99 = 0,44 ч.

_{А мах} = 8 / (0,44. 0,3. 0,8. 0,8. 0,95) = 99 км^. ч^-1

Для удобства выбора прототипа шасси и силового агрегата параметры технических характеристик рассматриваемых моделей-аналогов сведены в таблицу 1.

Таблица 1 - Параметры технических характеристик сравниваемых ПА

Наименование параметра	Обозначение	Страна, фирма, модель ПА, год выпуска
		Россия	Россия	Россия		Прототип (проект)
1	2	3	4	5	6	7
1. Тип	(ПНС)	ПНС-110				«ПНС-110»
2. Колесная формула шасси		6х6 ЗИЛ-131				4x2 КамАЗ- 4308
3. Компоновочная схема		КЛ				КЛ
4. Положение кабины		КЗД				КНД
5. Номинальная грузоподьемность, кг	MН	5000				6500
6. Полная масса, кг	MА	10800				11500
продолжение таблицы 1
1	2	3	4	5	6	7
7. Пеносмеситель		ПС-12				ПС-12
8. Габариты, мм длина ширина высота	L А В А Н А	7370 2500 2680				7225 2422 2620
9. Максимальная скорость км. ч-1	Аmах	80				105
10. Расход топлива при работе насосной установки в номинальном режиме, кг/с	QS	40				18,4
11. Тип, модель Двигателя привода насоса		дизельный четырехтактный, 2Д-12				V8Д 645
12. Максимальная мощность, кВт	NЕ mах	200				135
13. Частота вращения коленвала при NЕ мах	nN	1350				2200
14. Максимальный вращающий момент, Н.м	МЕmах	402				510
15. Масса двигателя, кг	mд	510				743

Где КЛ - классическая компоновка; ПП - переднеприводная компоновка; КЗД - кабина за двигателем; КНД - кабина над двигателем; КПД - кабина перед двигателем.

Выбор пожарной надстройки полностью зависит от заданного типа пожарной машины и современных тенденций инженерного дизайна. Проанализировав характерные для ПНС сборочные единицы, агрегаты, крупное пожарно-техническое оборудование и количество личного состава (боевого расчета), заполним 1, 2, и 3 столбцы таблицы 2.

Таблица 2 - Характеристики сборочных единиц и агрегатов проектируемого пожарного автомобиля

Наименование сборочной единицы, агрегата	Масса, кг	Габариты, мм l b h	Координаты центра масс	Статические моменты, кг.м
			хi	zi	Mi.хi	Mi.zi
1	2	3	4	5	6	7
1. Кабина	735	200022002300 GК	1,3	1,25	1430	1375
Команда	380
Дополнительное электрооборудование	25
Оборудование в ящике кабины	100
2. Двигатель с коробкой передач	1836	150012001300 GДВ	0,5	1,1	918	2019,6
3. Топливные баки для ДН	714	GБН	2,6	2,0	1856,4	1428
4. Шасси	7143	755024221300 GШ	2,8	0,75	20000,4	5357,25
5. Пожарное оборудование, рукава	102	GПТО	4,5	2,25	459	229,5
6. Двигатель насосной установки	817	GДН	3,9	1,5	3186,3	1225,5
7. Насос	204	GПН	5,0	1,5	1020	306
ВСЕГО:	11916

Проанализировав основные ПНС, находящиеся на вооружении в нашей стране, выбираем первый способ создания проектируемой машины: на серийное шасси устанавливаем пожарную надстройку, т.е. кабину (салон) боевого расчета и специальную платформу с оборудованием.

В качестве прототипа ходовой части ПНС предлагаем использовать шасси типа «КамАЗ-4308» с передним рулевым управлением.

На выбранном шасси устанавливаем кабину для водителя и команды из двух человек (1+2) и платформу с дополнительным оборудованием.

Кабина ПНС имеет две двери. Внутренняя облицовка кабины, покрытие пола, входных дверей выполнены из твердого нескользящего материала. Сиденья водителя и членов команды выполнены из каучука, причем первое может регулироваться в 4-х направлениях, обеспечивая удобное положение водителю.

Вдоль задней стенки кабины, устанавливается ящик с оборудованием для визуальной и звуковой сигнализации, а также осуществления связи ПНС оснащается проблесковыми маяками, сиреной, громкоговорителями и радиооборудованием.

2. Компоновочный расчет пожарной насосной станции

2.1 Разработка компоновочной схемы

Разработка компоновочной схемы ПА начинается с определения его собственной (снаряженной) массы без учета массы надстройки. С учетом коэффициента снаряженной массы, собственная масса снаряженного ПА - m_С определяется как:

m_С = m_Н^.q, (2)

где m_Н - номинальная грузоподъемность, кг (масса перевозимого пожарного оборудования, без учета массы кузова 1000 кг, вошедшей в собственную массу шасси);

q - коэффициент снаряженной массы.

m_С = 6500. 0,68 = 4420 кг.

Полная масса ПА - m_А (кг) определяется как сумма следующих масс:

m_А = m_Н + m_C + 80 z = m_Н (1 + q) + 80 z, (3)

где z - число мест в кабине (салоне) боевого расчета, включая водителя.

m_А = 6500^. (1 + 0,68) + 80.3 = 11160 кг.

При определении числа осей ПА прежде всего следует учесть единые международные нормы весовых ограничений для автотранспортных средств, обусловленные прочностью дорожных покрытий. Для ПА, относящихся к автомобилям группы Б, предназначенным для эксплуатации по всей сети дорог, допустимая нагрузка на одинарную неуправляемую ось должна быть не более 60000 Н, на одинарную управляемую ось - 45000 Н. Тогда общее число осей - к определяется:

к =(G_А - к_УG_У) / G_НУ + к_У, (4)

где G_А - полный вес автомобиля G_А= m_А^.g = 11160. 9,8 = 109368 Н;

g - ускорение свободного падения, м^.с^-2;

к_У - число управляемых осей;

G_У - весовая нагрузка на управляемую ось, Н;

G_НУ - допустимая весовая нагрузка на неуправляемую ось, Н.

к = (109368 - 1. 31000) / 60000 + 1 2,3.

Минимальное число осей - к_min определяется из условия возможности установившегося движения ПА с небольшой скоростью в заданных дорожных условиях по сцеплению:

к_min G_А^. _max (1 - 0,3 _Р) / (G_НУ^. _Р),

где _max - максимальное значение коэффициента суммарного сопротивления дороги, для расчетов принимается 0,150;

_Р - расчетный коэффициент сцепления, принимается равным 0,4.

к_min = 2 109368. 0,15 (1 - 0,3^. 0,4) / (60000. 0,4) = 0,6.

Колесная база - L является одним из наиболее важных параметров конструкции ПА. Ее значение определяется в соответствии с формулой:

L = G_Н (l_К + + 0,5 l_ПЛ) / (G_Н + G₀ - G₁), (5)

где G_Н - номинальный вес груза, Н;

l_К - расстояние от передней оси автомобиля до задней стенки кабины, мм;

- зазор между задней стенкой кабины и кузовом 100 мм;

l_ПЛ - длина грузовой платформы, выбирается по прототипу или в зависимости от габаритов размещаемого оборудования, мм;

G₀, G₁ - весовая нагрузка на переднюю ось автомобиля без груза и с грузом, Н.

L = 68110 (1500 + 100 + 0,5. 4600) / (68110 + 28026 - 35033) = 4347 мм.

2.2 Определение координат ЦТ и развесовки по осям

Для выбранной компоновочной схемы шасси в соответствии с рисунком 1:

G₂ = 0,7. GA = 0,7. 116776,8 = 81743,8 Н.

G1 = 0,3. GA = 0,3. 116776,8 = 35033 Н.

GO = 0,8^. G1 = 0,8^. 35033 = 28026 Н.

Координаты центра тяжести ПА (мм) определяются как:

х_Gа = (G_i^. х_i) / G_А; y_Gа = (G_i^. y_i) / G_А; z_Gа = (G_i^. z_i) / G_А, (6)

где х_Gа, y_Gа, z_Gа - координаты центра тяжести ПА по осям Ох, Оy, Оz;

G_i - вес отдельных элементов конструкции ПА, Н;

G_А - полный вес ПА, равный сумме G_i, Н;

х_i, y_i, z_i - координаты центров тяжести отдельных элементов

конструкции ПА по осям Ох, Оy, Оz, мм.

х_Gа = 2,2689 м.

z_Gа = 1,0021 м.

Так как расстояние от передней оси автомобиля до центра масс по оси координат ОХ а = хGа, то а = 2,2689 м.

3. Тягово-динамический расчет пожарной насосной станции

Способность ПА в кратчайший срок прибывать к месту вызова оценивается главным образом его тягово-скоростными свойствами. Они предопределяют диапазон скоростей движения и предельные ускорения ПА, возможные на тяговом режиме по техническим характеристикам двигателя и сцеплению ведущих колес с дорогой в различных эксплуатационных условиях.

3.1 Выбор параметров тягового расчета

Для проведения тягового расчета необходимо выбрать типоразмер пневматических шин, относительную радиальную деформацию их профиля, механический КПД трансмиссии, коэффициент обтекаемости машины, коэффициент сопротивления движению и предварительно определить динамический и кинематический радиусы колеса, а также площадь Миделя.

Типоразмер шин и радиусы колеса

Выбор пневматических шин производится с учетом их номенклатуры по наиболее нагруженным колесам ПА.

Динамический радиус колеса - r_Д (м) в первом приближении принимается равным статическому радиусу прототипа - r_СТ, который приводится в ГОСТ на пневматические шины.

При отсутствии данных по статическому радиусу для эластичных шин пользуются следующим выражением:

r_Д = 0,5 d + _Ш^{. .}В_Ш, (8)

где d - посадочный диаметр обода колеса, указанный в маркировке шины в мм или дюймах, м;

_Ш - относительная радиальная деформация профиля шины (коэффициент смятия шины под нагрузкой), принимаемый _Ш = 0,89…0,9;

- отношение высоты профиля шины к ее ширине: для обычных автомобильных шин принимается = 1, для широкопрофильных и арочных указывается в маркировке шины;

В_Ш - ширина профиля шины, указанная в маркировке в мм, м.

Радиус качения колеса (кинематический) - r_К определяется экспериментально. При отсутствии экспериментальных данных для диагональных шин принимают r_К = 1,02 r_Д, для радиальных шин r_К = 1,04 r_Д.

r_д = 0,5. 508 + 0,9. 1^. 260 = 488 м.

r_к =1,04. 488 = 507 м.

Коэффициент полезного действия трансмиссии

Коэффициент полезного действия механической трансмиссии (КПД) характеризует потери мощности в механизмах трансмиссии при ее передаче от первичного вала коробки передач до ведущих колес.

КПД механической трансмиссии - _ТР равен произведению коэффициентов полезного действия входящих в трансмиссию механизмов:

_ТР = _{КП. ДК. К. Г}^. _КР, (9)

где _КП - КПД коробки передач (основной), принимаемый 0,96…0,98;

_ДК - КПД дополнительной коробки (раздаточной, демультипликатора), варьируемый в пределах 0,93…0,97;

_К - КПД карданной передачи, для одного шарнира _{К =} 0,995;

_Г - КПД главной передачи, варьируемый в пределах 0,93…0,97;

_КР - КПД колесного редуктора, принимаемый _КР = 0,96…0,98.

_тр = 0,96^. 0,995. 0,95. 0,96 = 0,87.

Коэффициент обтекаемости и площадь Миделя

Аэродинамические свойства ПА характеризуются фактором обтекаемости, представляющим собой произведение коэффициента обтекаемости и площади лобового сопротивления (Миделя).

Коэффициент обтекаемости - k_В равен силе сопротивления воздуха, действующей на один квадратный метр лобовой площади ПА при скорости его движения 1 м^.с^-1.

Площадь Миделя - S_М равна площади проекции ПА на плоскость, перпендикулярную его продольной оси. В проектных расчетах она определяется из выражения:

S_М = . В_А. Н_А, (10)

для грузовых автомобилей и автопоездов = 0,75…0,90;

В_А - габаритная (наибольшая) ширина ПА, определяемая по компоновочной схеме или принимаемая по прототипу, м в соответствии с таблицей 3;

Н_А - габаритная (наибольшая) высота ПА, определяемая по компоновочной схеме или принимаемая по прототипу, м в соответствии с таблицей 3.

К_В = k_В. S_М. (11)

К_в = 0,6. 5,16 = 3,096.

3.2 Расчет параметров двигателя пожарного автомобиля

Требуемая эффективная мощность двигателя определяется из уравнения мощностного баланса при движении ПА с максимальной скоростью:

N_Е =(_. G_{А. А max} + к_В^. S_м. _А³ _max)/ 1000 _ТР, (12)

где N_Е - эффективная мощность двигателя при максимальной скорости движения ПА (кВт);

- коэффициент сопротивления движению, соответствующий четвертой категории дорог, принимается = 0,02.

N_Е= (0,02. 116776,8. 26,3 + 3,096. 26,3³) / 1000. 0,87 = 135 кВт.

Максимальная эффективная мощность двигателя - N_Еmax (кВт) определяется с помощью следующего соотношения:

для дизельных двигателей N_Еmax = N_Е = 135 кВт_. (13)

Для разрабатываемого АЦ возможно использование серийного двигателя КамАЗ 740, с номинальной мощностью 155 кВт.

Внешняя скоростная характеристика двигателя

Внешняя скоростная характеристика является основой технического расчета проектируемого двигателя. Ее расчет ведется, как правило, по формуле С.Р. Лейдермана:

N_Е = N_Еmax^. (а (n / n_N) + в (n / n_N)² - с (n / n_N)³), (14)

где N_Е - текущие значения эффективной мощности;

а, в, с - постоянные для каждого типа двигателя коэффициенты:

для дизельного двигателя а = 0,53, в = 1,56, с =1,09;

n - текущее значение частоты вращения коленчатого вала двигателя, об^.мин^-1;

n_N-частота вращения коленчатого вала при максимальной мощности двигателя, об^.мин^-1_, в соответствии с таблицей 3.

N_Е = 135^. (0,53 (600 / 2200) + 1,56 (600 / 2200)² - 1,09 (600 / 2200)³) = 25,65 кВт. Эффективный вращающий момент двигателя - М_Е при этом определяется как:

М_Е = 9550 N_Е / n, (15)

где n - текущее значение частоты вращения коленчатого вала двигателя, об^.мин^-1.

МЕ = 9550 25,65 / 600 = 474 Н^.м.

Результаты расчетов заносим в таблицу 3. По полученным значениям строим графики соответствующие внешней скоростной характеристики двигателя, рисунок 2.

Таблица 3 - Параметры внешней скоростной характеристики двигателя

N, об.мин-1	600	1200	1800	2400	3000	3600
NЕ, кВт	25,65	76,95	118,8	138,4	116,1	36,45
МЕ, Н.м	408,3	612,4	630,3	550,7	369,6	96,7

3.3 Расчет параметров трансмиссии

Правильный расчет параметров трансмиссии является необходимой предпосылкой получения высоких средних скоростей движения ПА и его хорошей топливной экономичности.

Передаточное число главной передачи

Передаточное число главной передачи - i_Г определяется из условия обеспечения заданной максимальной скорости движения ПА на высшей ступени в коробке передач по формуле:

i_Г = 0,377. r_К. n / (i_КПВ^. i_ДКВ^. _{А max}), (16)

где r_К - кинематический радиус качения колеса, м;

i_КПВ - передаточное число высшей ступени основной коробки:

для коробок грузовых автомобилей с числом передач, не превышающим шесть, i_КПВ = 1;

для остальных автомобилей принимается 0,6…1,0;

i_ДКВ - передаточное число высшей передачи дополнительной коробки передач или демультипликатора, в расчетах принимается 1…1,44 (1 - при ее отсутствии);

_{А max} - максимальная скорость движения автомобиля на прямой передаче, км^.ч^-1;

n - частота вращения коленчатого вала двигателя, соответствующая максимальной скорости движения ПА, об^.мин^-1. Она определяется через коэффициент оборотистости двигателя:

n = _{А max}^. _ОД, (17)

где _ОД - коэффициент оборотистости двигателя, принимаемый для легковых автомобилей и грузовых с дизельным двигателем в пределах 30…35, для грузовых автомобилей с бензиновым двигателем - 35…45.

n= 95. 30 = 2850 об. мин^-1.

i_Г = 0,377. 0,5. 2850 / (0,6. 1. 95) = 9,425.

Передаточное число низшей ступени коробки передач

Передаточное число низшей (первой) ступени основной коробки передач - i_КПН находится из условия преодоления автомобилем максимального сопротивления дороги:

i_КПН = G_А^. _max. r_Д / (М_Еmax^. i_ДК. i_Г^. _ТР), (18)

где _max - максимальное значение суммарного коэффициента сопротивления дороги, принимаемое в расчетах равным 0,4.

i_КПН = 116776,8. 0,4. 0,49 / (630,3. 1. 9,425. 0,87) = 4,42.

Полученное значение первой передачи основной коробки проверяется по условию буксования. Буксования не будет, если выполняется неравенство:

для полноприводных ПА

i_КПН G^. _сц. r_Д / (М_Еmax^. i_ДК. i_{Г. ТР)}; (19)

где G - сцепной вес ПА, т.е. вес приходящийся на ведущую ось, Н;

_сц - коэффициент сцепления шин с дорогой, принимаемый для сухого шоссе 0,7…0,8;

i_КПН = 4,42 81743,8. 0,7. 0,49 / (630,3. 1. 9,425. 0,87). (4,347 / (4,347 - -1,0021. 0,7)) = 4,56.

Передаточные числа промежуточных ступеней коробки передач

Передаточные числа промежуточных ступеней коробки передач выбираютcя из условия обеспечения максимальной интенсивности разгона ПА, а также возможности длительного движения при повышенном сопротивлении дороги.

Для использования в процессе разгона ПА наибольшей средней мощности двигателя, частота вращения его коленчатого вала должна находиться в диапазоне частот, близких к частоте, соответствующей максимальной мощности. Тогда передаточное число каждой последующей ступени получается из предыдущего умножением на постоянный множитель ряда геометрической прогрессии. Для i-й ступени коробки передач имеем:

i_{КП i} = (i_КПН ^m-i. i_КПВ ^i-1) ^{1 / (m-1)}, (20)

где i_КПi - передаточное число i-й ступени коробки передач;

i_КПН - передаточное число низшей ступени коробки передач;

i_КПВ - передаточное число высшей ступени коробки передач;

m - количество ступеней коробки передач.

i_{КП 1} = 4,42; i_{КП 2} = 3,44; i_{КП 3} = 2,68; i_{КП 4} = 2,09; i_{КП 5} = 1,63;

i_{КП 6} = 1,26; i_{КП 7} = 0,98; i_{КП 8} = 0,77; i_{КП 9}= 0,6.

3.4 Построение тяговой характеристики

Тяговое усилие на колесе определяется из выражения:

F_Кi = М_Е^. i_КПi. i_ДК. i_{Г. ТР} / r_Д, (24)

где F_Кi - тяговое усилие при i-й ступени коробки передач, Н;

М_Е - эффективный вращающий момент двигателя, принимаемый в соответствии с выбранными частотами вращения коленчатого вала по внешней скоростной характеристике, Н^.м;

i_КПi - передаточное число i-й ступени коробки передач.

Скорость движения ПА - _А (м^.с^-1) при заданной частоте вращения коленчатого вала двигателя - n (об^.мин^-1) c учетом передаточного числа трансмиссии вычисляется по формуле:

_А = 0,105. r_К. n / i _ТР, (25)

где r_К - кинематический радиус качения колеса, м;

i _ТР - общее передаточное число трансмиссии, определяемое как:

i _ТР = i_КП. i_ДК. i_Г. (26)

i ТР = 4,42. 1. 9,425 = 41,7.

_А = 0,105. 0,51. 600 / 41,7 = 0,8 м^.с^-1.

FКi = 408,3^. 4,42. 1. 9,425. 0,87 / 0,49 = 30199,9 Н.

Полученные численные значения сводим в таблицу 4 и строим тяговую характеристику АЦ, представленную на рисунке 3.

Таблица 4 - Параметры тяговой характеристики АЦ

Пере-дача	Параметр	Частота вращения коленчатого вала двигателя, об.мин-1
		600	1200	1800	2400	3000	3600
1	FК1, Н	30199,9	45296,2	46620,2	40732,6	27337,5	7152,4
	А, м. с-1	0,8	1,6	2,3	3,1	3,9	4,6
2	FК2, Н	23504,0	35253,2	36283,6	31701,4	21276,2	5566,6
	А, м. с-1	1,0	2,0	3,0	4,0	5,0	6,0
3	FК3, Н	18311,3	27464,7	28267,5	24697,6	16575,7	4336,8
	А, м. с-1	1,3	2,5	3,8	5,1	6,3	7,6
4	FК4, Н	14280,1	21418,3	22044,4	19260,4	12926,6	3382,0
	А, м. с-1	16	3,3	5,0	6,5	8,2	9,8
5	FК5, Н	11137,1	16704,3	17192,5	15021,3	10081,5	2637,7
	А, м. с-1	2,08	4,2	6,3	8,3	10,4	12,5
6	FК6, Н	8609,0	12912,5	13289,9	11611,5	7793,0	2038,9
	А, м. с-1	2,7	5,4	8,1	10,8	13,5	16,2
7	FК7, Н	6695,9	10043,0	10336,6	9031,2	6061,2	1585,8
	А, м. с-1	3,5	7,0	10,5	14,0	17,5	21,0
8	FК8, Н	5261,1	7890,9	8121,6	7095,9	4762,4	1246,0
	А, м. с-1	4,5	9,0	13,4	17,9	22,3	26,8
9	FК9, Н	4099,5	6148,8	6328,5	5529,3	3710,9	970,9
	А, м. с-1	5,64	11,3	16,9	22,5	28,2	33,8

3.5 Построение динамической характеристики

Для построения динамической характеристики ПА пользуются уравнением так называемого динамического фактора:

D = (F_К - F_В) / G_А, (27)

где D - динамический фактор, предложенный академиком Е.А. Чудаковым для сравнительной оценки динамических свойств автомобилей с различными техническими характеристиками;

F_В - сила сопротивления воздуха, определяемая через фактор обтекаемости (формула 11) и скорость движения ПА, Н:

F_В = К_В^. (_А) ². (28)

F_В = 3,096^. (0,8) ² = 1,98 Н. D₁ = (30199,9 - 1,98) / 116776,8 = 0,26.

Таблица 5 - Динамического фактор АЦ

Передача	Параметр	Частота вращения коленчатого вала двигателя, об.мин-1
		600	1200	1800	2400	3000	3600
1	2	3	4	5	6	7	8
1	FК1, Н	30199,9	45296,2	46620,2	40732,6	27337,5	7152,4
	А, м.с-1	0,8	1,6	2,3	3,1	3,9	4,6
	FВ, Н	1,98	7,93	16,38	29,75	47,09	65,51
	D1	0,26	0,39	0,40	0,35	0,23	0,06
3	FК3, Н	18311,3	27464,7	28267,5	24697,6	16575,7	4336,8
	А, м.с-1	1,3	2,5	3,8	5,1	6,3	7,6
	FВ, Н	5,23	19,35	47,71	80,53	122,88	178,82
	D3	0,16	0,23	0,24	0,21	0,14	0,03
5	FК5, Н	11137,1	16704,3	17192,5	15021,3	10081,5	2637,7
	А, м.с-1	2,08	4,2	6,3	8,3	10,4	12,5
	FВ, Н	13,39	54,61	122,88	213,28	334,86	483,75
	D5	0,09	0,14	0,15	0,13	0,08	0,018
7	FК7, Н	6695,9	10043,0	10336,6	9031,2	6061,2	1585,8
	А, м.с-1	3,5	7,0	10,5	14,0	17,5	21,0
	FВ, Н	37,93	151,70	341,33	606,82	948,15	1365,34
	D7	0,057	0,085	0,086	0,072	0,044	0,0019
Продолжение таблицы 5.
1	2	3	4	5	6	7	8
9	FК9, Н	4099,5	6148,8	6328,5	5529,3	3710,9	970,9
	А, м.с-1	5,64	11,3	16,9	22,5	28,2	33,8
	FВ, Н	98,48	395,33	844,25	1567,35	2462,06	3536,99
	D9	0,034	0,049	0,047	0,034	0,0106	-0,022

Ускорение ПА - j_А на горизонтальной дороге определяется как:

j_А = (D_i - )^. g / , (29)

где - суммарный коэффициент сопротивления дороги, принимаемый для расчетов равным 0,02;

g - ускорение свободного падения, м^.с^-2;

- коэффициент учета вращающихся масс, определяется как:

= 0,05 + 1 + 0,07^. (i_КП)², (30)

где i_КП - передаточное число коробки передач, выбирается в соответствии с рассчитываемой передачей.

= 0,05 + 1 + 0,07^. (4,42)² = 2,41.

j_А = (0,26 - 0,02)^. 9,8 / 2,41 = 0,98 м^.с^-2.

Таблица 6 - Значения ускорений АЦ на различных передачах

Передача	Параметр	Частота вращения коленчатого вала Двигателя, об.мин-1
		600	1200	1800	2400	3000	3600
1	JА1, м.с-2	0,98	1,5	1,55	1,34	0,85	0,16
	А, м.с-1	0,8	1,6	2,3	3,1	3,9	4,6
3	JА3, м.с-2	0,89	1,33	1,39	1,2	0,76	0,06
	А, м.с-1	1,3	2,5	3,8	5,1	6,3	7,6
5	JА5, м.с-2	0,56	0,96	1,04	0,88	0,48	-0,02
	А, м.с-1	2,08	4,2	6,3	8,3	10,4	12,5
7	JА7, м.с-2	0,32	0,57	0,58	0,46	0,21	-0,16
	А, м.с-1	3,5	7,0	10,5	14,0	17,5	21,0
9	JА9, м.с-2	0,13	0,26	0,25	0,13	-0,09	-0,38
	А, м.с-1	5,64	11,3	16,9	22,5	28,2	33,8

3.6 Построение графиков времени и пути разгона

Графики времени = f (_А) и пути разгона s = f (_А) строятся на основании графика ускорений ПА графоаналитическим методом. На кривой ускорений рисунок 5, выделяются участки, на которых скорость движения ПА соответствует его разгону на 1-й, 2-й и последующих передачах. Затем каждый из этих участков разбивается на четыре или более одинаковых интервалов скоростей, в пределах которых ускорение принимается постоянным. Значение интервала скоростей на 1-й передаче рекомендуется выбирать в пределах 0,5…1, на промежуточных - 1…3, на высшей - 3…4 м^.с-¹. Границы интервалов и участков скоростей последовательно обозначают ₁; ₂; ₃; ₄ и т.д., а соответствующие им значения ускорений - j₁; j₂; j₃; j₄ и т.д.

Время разгона ПА (с) определяется для каждого выбранного интервала скоростей:

₁ = 2 (₁ - ₀) / (j₁ + j₀);

₂ = 2 (₂ - ₁) / (j ₁+ j ₂);

₃ = 2 (₃ - ₂) / (j ₂+ j ₃) и т.д. (31)

₁ = 2 (4 - 3,5) / (0,38 + 0,32) = 1,43 с.

Затем для каждого интервала скоростей определяется путь разгона ПА (м):

s₁ = (0 + ₁). ₁ / 2;

s₂ = (₁ + ₂). ₂ / 2;

s₃ = (₂ + ₃). ₃ / 2 и т.д. (32)

s₁ = (0 + 4). 1,43 / 2 = 2,86 м.

Суммарное время и суммарный путь разгона ПА определяется суммированием соответствующих значений на отдельных интервалах:

= _i = ₁ + ₂ + … + _n, с; (33)

= _i = 10,91 с.

s = s_i = s₁ + s₂ + … + s_n, м. (34)

s = s_i = 62,99 м.

Таблица 7 - Значения времени и пути разгона АЦ

Величина	Интервал скоростей
	1	2	3	4	5	6
Скорость в конце интервала - , м.с-1	4,0	4,3	5,0	5,9	7,6	9,2
Ускорение в конце интервала-ji, м.с-2	0,38	0,43	0,49	0,54	0,58	0,6
Время разгона в интервале - i, с	1,43	1,23	1,09	1,94	2,68	2,54
Суммарное время разгона - = i, с	10,91
Путь разгона в интервале - si, м	2,86	5,23	5,18	10,67	18,09	20,96
Суммарный путь разгона - s = si, м	62,99

3.7 Построение графика мощностного баланса

Для оценки эксплуатационных свойств ПА на практике удобно пользоваться графиком мощностного баланса. По значениям силы тяги на ведущих колесах, сведенным в таблице 5, для каждой передачи строятся кривые тяговой мощности в функции скорости движения N_Кi = f (_А). При этом тяговая мощность на ведущих колесах - N_Кi (кВт) определяется по следующей формуле:

N_{К i} = F_Кi^. _А / 1000. (35)

Мощность - N_В (кВт), затрачиваемая на преодоление сопротивления воздуха, определяется как:

N_В = F_В^. _А / 1000. (36)

Мощность - N_Д (кВт), затрачиваемая на преодоление суммарного сопротивления дороги, определяется как:

N_Д = G_А^{. .} _А / 1000, (37)

где - коэффициент сопротивления движению, принимается = 0,02.

Таблица 8 - Параметры мощностного баланса пожарного автомобиля

Параметр	Частота вращения коленчатого вала двигателя, об.мин-1
	600	1200	1800	2400	3000	3600
А, м.с-1	0,8	2,5	6,3	14,0	28,2	33,8
NВ, кВт	0,0016	0,048	0,774	8,495	69,43	119,55
NД, кВт	1,868	5,84	14,7	32,7	65,86	78,94
NК1, кВт	24,2	72,5	107,2	126,3	106,6	32,9
NК3, кВт	23,8	68,7	107,4	126,0	104,4	32,9
NК5, кВт	23,2	70,2	108,3	124,7	104,8	32,9
NК7, кВт	23,4	70,3	108,5	126,4	106,1	33,3
NК9, кВт	23,1	69,5	106,9	124,4	104,6	32,8

4. Определение технико-эксплуатационных свойств пожарной насосной станции

4.1 Показатели топливной экономичности

Основным оценочным показателем топливной экономичности ПА является общий расход топлива, отнесенный к пройденному пути.

Топливно-экономической характеристикой называется зависимость путевого расхода топлива от скорости ПА при установившемся движении по дорогам с различным коэффициентом сопротивления. Она может быть построена для каждой передачи.

Путевой расход топлива определяется по формуле:

Q_S = q_N (N_Д + N_В) k_n^. k_И / (36 _{А. ТР. Т}), (38)

где Q_S - путевой расход топлива, л /100 км;

q_N - удельный расход топлива проектируемого двигателя при N_max:

для дизелей q_N = 195…230 г^. (кВт^.ч)^-1;

k_n - коэффициент, учитывающий изменение удельного расхода топлива в зависимости от частоты вращения коленвала двигателя;

k_И - коэффициент, учитывающий изменение удельного расхода топлива в зависимости от степени использования мощности двигателя;

_Т - плотность топлива:

для дизельного топлива _Т = 0,86 г^.см^-3.

Для дизельного двигателя

k_И = 1,70 - 2,63 И + 1,92 И².

Для двигателей всех типов внутреннего сгорания

k_n= 1,23 - 0,792 n₀ + 0.58 n₀.

где И - степень использования мощности двигателя;

n₀ - относительная частота вращения коленвала двигателя.

Степень использования мощности двигателя для выбранных значений скорости ПА определяется по ранее построенному графику мощностного баланса как отношение мощности сопротивления движению к мощности на колёсах автомобиля:

И = (N_Д + N_В) / N_К.

Относительная частота вращения коленвала двигателя представляет собой отношение заданной частоты к частоте, соответствующей максимальной мощности двигателя. Она также определяется из графика мощностного баланса как отношение заданной скорости движения к скорости ПА при максимальной мощности двигателя, т.е.

n₀= _А / _N.

И = (1,868 + 0,0016) / 24,2 = 0,077

k_И = 1,7 - 2,63. 0,077 + 1,92. 0,077²

n₀ = 0,8 / 13 = 0,06

k_n = 1,23 - 0,792. 0,06 + 0,58. 0,06 = 1,22

QS1 = 200 (1,868 + 0,0016) 1,22. 1,509 / (36. 0,8. 0,75) = 5 л /100 км.

Результаты расчетов сводятся в таблицу 9, по данным которой строится зависимость Q_S = f (_А), представленная на рисунке 8.

Таблица 9 - Параметры топливно-экономической характеристики АЦ

Параметр	Частота вращения коленчатого вала двигателя, об.мин -1
	600	1200	1800	2400	3000	3600
А, м.с-1	0,8	2,5	6,3	14,0	28,2	33,8
NК, кВт	24,2	68,7	108,3	126,4	104,6	32,8
NД + NВ, кВт	1,87	5,89	15,47	41,2	135,29	198,49
И	0,077	0,086	0,143	0,326	1,293	6,052
kИ	1,509	1,49	1,36	1,047	1,509	56,1
kn	1,22	1,19	1,13	1,00	0,77	0,68
n0	0,06	0,19	0,48	1,08	2,17	2,6
QS, л /100 км	31,88	30,94	27,95	22,82	41,29	1659,4

4.2 Показатели тормозных свойств

Основными оценочными показателями динамичности ПА при торможении является замедление - j_З (м^.с^-2) и путь торможения - s_Т (м):

j_З = (. Соs + f Sin) g; (43)

s_Т = _А² / 2g (. Соs + f Sin), (44)

где - коэффициент сцепления шин с дорогой, принимается = 0,6;

_А - принимается для расчетов _А = 0,6^._Аmax;

f - коэффициент сопротивления качению колес, принимается f = 0,02.

jЗ = (0,6. cos 4,5 + 0,02 - sin 4,5) 9,8 = 5,29 м^.с^-2.

sТ = 15,8² / 2. 9,8 (0,6. cos 4,5 + 0,02 - sin 4,5) = 23,6 м.

4.3 Показатели устойчивости пожарного автомобиля

За оценочные показатели поперечной устойчивости ПА на кривой полотна дороги принимаются критические скорости движения, при которых наступает боковое опрокидывание или занос автомобиля:

_ОП = (g. R. В / 2 h_g)^1/2; (45)

_З = (g. R. )^1/2, (46)

где _ОП - критическая скорость движения ПА по боковому опрокидыванию, м^.с^-1;

R - радиус кривой полотна дороги, м;

В-колея автомобиля, м;

h_g - высота расположения центра масс, принимается из компоновочной схемы, м;

_З - критическая скорость движения ПА по боковому заносу, м^.с^-1.

_ОП = (9,8. 22. 1,8 / 2. 1,0021)^1/2 = 13,3 м^.с^-1.

_З = (9,8. 20. 0,6)^1/2 = 10,8 м^.с^-1.

Результаты расчётов сводятся в таблицу 10, по данным расчетов, в соответствии с заданными условиями, строятся зависимости ОП =f(R) и З =f(R), представленные на рисунке 9 и определяются критические скорости движения ПА при R = 50 м.

Параметр	Радиус кривой полотна дороги, м.
	20	40	60	80	100
ОП, м. с-1	13,3	18,8	22,9	26,5	29,7
З, м. с-1	10,8	15,3	18,8	21,7	24,2

4.4 Показатели управляемости

Критическая скорость ПА по условиям управляемости -_УПР(м^.с^-1) определяется по следующей формуле:

_УПР = (((_У ² - f²) / tg - f) L^. Cos . g)^1/2, (47)

где _У - коэффициент сцепления управляемых колес с дорогой, принимаемый в расчетах равным 0,6;

- максимальный средний угол поворота управляемых колес ПА, обычно = 0,62…0,7 рад. (35…40⁰);

L - колесная база ПА, м.

_УПР = (((0,6 ² - 0,02²) / tg 40 - 0,02) 4.347. cos 40. 9,8)^1/2 = 3.79 м^.с^-1

Если ПА движется со скоростью большей, чем _УПР, то управляемые колеса будут проскальзывать в поперечном направлении и поворот их на еще больший угол не изменит общего направления движения.

Предельный радиус поворота при эластичных шинах - R_Э (м) определяется как:

R_Э = L / (tg ( - ₁) + tg ₂), (48)

где ₁ и ₂ - углы увода колес, соответственно, передней и задней оси, град:

₁ = F₁ / k_УВ;

₂ = F₂ / k_УВ, (49)

где k_УВ - коэффициент сопротивления уводу одного колеса:

для грузовых k_УВ = 800…1500 Н^. град^-1.

Предельные значения боковых сил на колесах передней - F₁ и задней - F₂ (Н) оси, при которых колеса катятся еще без бокового скольжения, определяются из выражений:

F₁ = 0,4 . G₁;

F₂ = 0,4 . G₂, (50)

где - коэффициент сцепления колес с дорогой, принимаемый в расчетах равным 0,6;

G_1, G₂ - силы тяжести от полной массы ПА, приходящиеся, соответственно, на переднюю, заднюю ось автомобиля, Н.

F₁ = 0,4. 0,6. 35033 = 8407,92 Н;

F₂ = 0,4. 0,6. 81743,8 = 19618,5 Н;

₁ = 8407,92 / (1000 +1000) = 4,2 град.;

₂ = 19618,5 / (1000 +1000+1000+1000) = 4,91 град.;

R_Э = 4,347 / (tg (40 - 4,2) + tg 4,91) = 5,4 м.

Путем сравнения предельного радиуса поворота при эластичных шинах с радиусом поворота при жестких шинах определяют поворачиваемость ПА:

R= L / tg . (51)

R= 4,347 / tg 40 = 5,2 м.

В данном случае R_Э больше R, поэтому можно сказать, что пожарная насосная станция обладает недостаточной поворачиваемостью.

Выводы

В результате проведённых расчётов была спроектирована пожарная насосная станция, представленная на рисунке А1 и состоящяя из: кабины, двигателя с коробкой передач, топливных баков, шасси, отсеков для пожарного оборудования, двигателя насосной установки, насоса ПН-110. Более подробно поэлементный состав АЦ представлен в таблице 3.

В качестве базового шасси выбрано шасси типа «ЗИЛ - 4331». В качестве силового агрегата предлагается использовать наиболее удовлетворяющий по своим характеристикам, дизель «ЗИЛ 645 V 8 Д».

Разработанная АЦ отличается от аналогов модернизированным шасси, лучшими показателями подвижности и экономичности за счет наиболее полного соответствия современным тенденциям инженерного дизайна и использования двигателя ЗИЛ 645. Более подробный сравнительный анализ можно провести на основании численных значений представленных в таблице 2.

Проведенные расчеты показывают, что спроектированный автомобиль обладает удовлетворительными показателями тормозных свойств, устойчивости и управляемости и может быть рекомендован к использованию в частях МЧС и пожарной охраны.

Список литературы:

Осипов А.Г. Методические указания по курсовому и дипломному проектированию. - Иркутск.: ВСИ МВД России, 2007. -110 с.

Осипов А.Г. Методические указания по оформлению курсового и дипломного проектов. - Иркутск.: ВСИ МВД России, 2007. -16 с.

ГОСТ 12.2.047 - 86. ССБТ. Техника пожарная. Требования и определения.

ГОСТ 12.4. 009 - 85. ССБТ. Пожарная техника для защиты объектов.

ГОСТ 2.104-68 ЕСКД. Основные надписи. - М.: Издательство стандартов, 1968.