Проектирование пожарного автомобиля

Назначение и область применения пожарной насосной станции. Выбор шасси, силового агрегата и надстройки. Компоновочный и тягово-динамический расчет пожарной насосной станции. Коэффициент обтекаемости и площадь Миделя. Расчет параметров трансмиссии.

Рубрика Транспорт
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 11.10.2012
Размер файла 77,0 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

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 - mС определяется как:

mС = mН.q, (2)

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

q - коэффициент снаряженной массы.

mС = 6500. 0,68 = 4420 кг.

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

mА = mН + mC + 80 z = mН (1 + q) + 80 z, (3)

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

mА = 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 =(GА - кУGУ) / GНУ + кУ, (4)

где GА - полный вес автомобиля GА= mА.g = 11160. 9,8 = 109368 Н;

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

кУ - число управляемых осей;

GУ - весовая нагрузка на управляемую ось, Н;

GНУ - допустимая весовая нагрузка на неуправляемую ось, Н.

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

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

кmin GА. max (1 - 0,3 Р) / (GНУ. Р),

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

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

кmin = 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 = GН (lК + + 0,5 lПЛ) / (GН + G0 - G1), (5)

где GН - номинальный вес груза, Н;

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

- зазор между задней стенкой кабины и кузовом 100 мм;

lПЛ - 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 = (Gi. хi) / GА; y = (Gi. yi) / GА; z = (Gi. zi) / GА, (6)

где х, y, z - координаты центра тяжести ПА по осям Ох, Оy, Оz;

Gi - вес отдельных элементов конструкции ПА, Н;

GА - полный вес ПА, равный сумме Gi, Н;

хi, yi, zi - координаты центров тяжести отдельных элементов

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

х = 2,2689 м.

z = 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 - rД (м) в первом приближении принимается равным статическому радиусу прототипа - rСТ, который приводится в ГОСТ на пневматические шины.

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

rД = 0,5 d + Ш. .ВШ, (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;

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

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

rд = 0,5. 508 + 0,9. 1. 260 = 488 м.

rк =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 - kВ равен силе сопротивления воздуха, действующей на один квадратный метр лобовой площади ПА при скорости его движения 1 м.с-1.

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

SМ = . ВА. НА, (10)

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

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

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

КВ = kВ. SМ. (11)

Кв = 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:

NЕ =(. GА. А max + кВ. Sм. А3 max)/ 1000 ТР, (12)

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

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

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

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

для дизельных двигателей NЕmax = NЕ = 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:

NЕ = NЕmax. (а (n / nN) + в (n / nN)2 - с (n / nN)3), (14)

где NЕ - 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;

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

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

МЕ = 9550 NЕ / 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 - iГ определяется из условия обеспечения заданной максимальной скорости движения ПА на высшей ступени в коробке передач по формуле:

iГ = 0,377. rК. n / (iКПВ. iДКВ. А max), (16)

где rК - кинематический радиус качения колеса, м;

iКПВ - передаточное число высшей ступени основной коробки:

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

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

iДКВ - 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.

iГ = 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 - iКПН находится из условия преодоления автомобилем максимального сопротивления дороги:

iКПН = GА. max. rД / (МЕmax. iДК. iГ. ТР), (18)

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

iКПН = 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

iКПН G. сц. rД / (МЕmax. iДК. iГ. 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;

iКПН = 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:

iКП i = (iКПН m-i. iКПВ i-1) 1 / (m-1), (20)

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

iКПН - передаточное число низшей ступени коробки передач;

iКПВ - передаточное число высшей ступени коробки передач;

m - количество ступеней коробки передач.

iКП 1 = 4,42; iКП 2 = 3,44; iКП 3 = 2,68; iКП 4 = 2,09; iКП 5 = 1,63;

iКП 6 = 1,26; iКП 7 = 0,98; iКП 8 = 0,77; iКП 9= 0,6.

3.4 Построение тяговой характеристики

Тяговое усилие на колесе определяется из выражения:

FКi = МЕ. iКПi. iДК. iГ. ТР / rД, (24)

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

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

iКПi - передаточное число i-й ступени коробки передач.

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

А = 0,105. rК. n / i ТР, (25)

где rК - кинематический радиус качения колеса, м;

i ТР - общее передаточное число трансмиссии, определяемое как:

i ТР = iКП. iДК. iГ. (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 = (FК - FВ) / GА, (27)

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

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

FВ = КВ. (А) 2. (28)

FВ = 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 - jА на горизонтальной дороге определяется как:

jА = (Di - ). 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. (iКП)2, (30)

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

= 0,05 + 1 + 0,07. (4,42)2 = 2,41.

jА = (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 = si = s1 + s2 +  + sn, м. (34)

s = si = 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 NКi = f (А). При этом тяговая мощность на ведущих колесах - NКi (кВт) определяется по следующей формуле:

NК i = FКi. А / 1000. (35)

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

NВ = FВ. А / 1000. (36)

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

NД = GА. . 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:

QS = qN (NД + NВ) kn. kИ / (36 А. ТР. Т), (38)

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

qN - удельный расход топлива проектируемого двигателя при Nmax:

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

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

kИ - 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

kИ = 1,70 - 2,63 И + 1,92 И2.

Для двигателей всех типов внутреннего сгорания

kn= 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 = (NД + NВ) / NК.

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

kИ = 1,7 - 2,63. 0,077 + 1,92. 0,0772

n0 = 0,8 / 13 = 0,06

kn = 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 QS = 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 - jЗ.с-2) и путь торможения - sТ (м):

jЗ = (. Соs + f Sin) g; (43)

sТ = 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 hg)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;

hg - 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.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 - RЭ (м) определяется как:

RЭ = L / (tg ( - 1) + tg 2), (48)

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

1 = F1 / kУВ;

2 = F2 / kУВ, (49)

где kУВ - коэффициент сопротивления уводу одного колеса:

для грузовых kУВ = 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;

G1, 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.;

RЭ = 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 RЭ 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.


Подобные документы

  • Определение основных параметров двигателя и трансмиссии автомобиля, обеспечивающих ему требуемые тягово-скоростные свойства в заданных условиях движения. Фактор обтекаемости. Максимальная и минимальная нагрузки на шину. Показатели топливной экономичности.

    контрольная работа [103,6 K], добавлен 30.11.2010

  • Тягово-динамический расчет, на основе которого построены графики и дан анализ конструкции сцепления автомобиля КамАЗ-5320 и его агрегатов. Построение графиков тяговой динамичности автомобиля, обзор существующих конструкций сцеплений автомобиля КамАЗ-5320.

    дипломная работа [4,7 M], добавлен 22.06.2014

  • Анализ наличия и состояния пожарной техники подразделения СУ ФПС №2 МЧС России. Обзор техники для проведения аварийно-спасательных работ. Конструирование и расчет аварийно-спасательного автомобиля. Разработка пожарных модулей надстройки автомобиля.

    дипломная работа [4,0 M], добавлен 15.03.2014

  • Определение полной массы автомобиля, параметров двигателя, трансмиссии и компоновки. Оценка тягово-скоростных свойств автомобиля. Подбор размера шин, расчет радиуса качения. Внешние характеристики двигателя. Выбор передаточных чисел, ускорение автомобиля.

    курсовая работа [79,9 K], добавлен 04.04.2010

  • Определение путевого развития станции. Расчет длины станционной площадки и выбор принципиальной схемы станции. Разработка немасштабной схемы станции. Масштабная укладка плана, построение поперечного профиля. Расчёт стоимости строительства станции.

    курсовая работа [440,8 K], добавлен 26.10.2013

  • Определение параметров силовой передачи. Построение графиков мощностного баланса. Динамический паспорт автомобиля. Назначение и место рулевого управления. Обзор конструкторских схем и анализ. Схемы возникновения автоколебаний. Рулевая передача, привод.

    курсовая работа [4,5 M], добавлен 27.12.2013

  • Краткая техническая характеристика автомобиля ВАЗ-21093 (параметры автомобиля). Определение характеристик двигателя и трансмиссии, обеспечивающих требуемые тягово-скоростные свойства автомобиля и топливную экономичность в заданных условиях эксплуатации.

    курсовая работа [1,5 M], добавлен 01.03.2010

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.