Проект пожарного аварийно-спасательного автомобиля

зтр = зкп ·здк · зк · зГ ·зкр (6.2)

где : зкп - КПД коробки передач (основной), принимаемый 0,96...0,98;

здк - КПД дополнительной коробки (раздаточной, демультипликатора) маркируемый в пределах 0,93.,.0,97;

зк - КПД карданной передачи, для одного шарнира зк = 0,995;

зГ - КПД главной передачи, варьируемый в пределах 0,93...0,97;

зкр - КПД колесного редуктора, принимаемый зкр = 0,96...0,98.

зТР = 0,98•0,95•0,995•0,995•0,96 = 0,885.

6.1.3 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:

SM = a•BA•HA, (6.3)

SМ = 0,65•2,5•3,6 = 5,85 м2.

где а - коэффициент заполнения площади:

для грузовых автомобилей и автопоездов а = 0,75...0,90;

ВА - габаритная (наибольшая) ширина ПА, определяемая по компоновочной схеме или принимаемая по прототипу, м в соответствие таблицы 1.1;

НА - габаритная (наибольшая) высота ПА, определяемая по компоновочной схеме или принимаемая по прототипу, м в соответствие таблицы 3.1.

Фактор обтекаемости - Кв определяем как:

КВ = kВ•SМ. (6.4)

Кв = 0,6•5,85 = 3,51.

6.2 Расчет параметров двигателя пожарного автомобиля

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

NEх = (шх•GA•хAmax + KВ•SМ•хA3max)/1000 зтр. (6.5)

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

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

NЕх = (0,02•15000•9,8•27,8 + 0,6•5,85•27,83)/(1000•0,885) = 176 кВт.

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

Для дизельных двигателей

NEmax = NEх =176 кВт. (6.6)

6.2.1 Внешняя скоростная характеристика двигателя

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

NE = NEmax•(a(n/nN) + b(n/nN)2 - c (n/nN)3), (6.7)

где Nе - текущие значения эффективной мощности;

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

для дизельного двигателя а = 0,53, b = 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 3.1.

NЕ = 176•(0,81(1000/2200)+0,87(1000/2200)2 - 0,68(1000/2200)3) = 85,4 кВт.

Коэффициенты а, b, с выбраны для турбодизеля.

Эффективный вращающий момент двигателя - МЕ при этом определяем как:

МЕ = 9550 NЕ/n, (6.8)

МЕ = 9550•85,4/1000 = 815,75 Н?м.

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

Результаты расчетов заносим в таблицу 6.1. По полученным значениям строим графики соответствующие внешней скоростной характеристики двигателя, рисунок 6.1.

Таблица 6.1 - Параметры внешней скоростной характеристики двигателя

n, об?мин-1	1000	1400	1800	2200	2600	3000	3400
NЕ, кВт	85,4	122,1	153,8	176	184,5	175	0,875
ME, H?м	815,75	833	815,75	764	677,75	557	0



Рисунок 6.1 - Внешняя скоростная характеристика двигателя

6.3 Расчет параметров трансмиссии

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

6.3.1 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•n9/ (iКПВ•iДКВ•хAmax), (6.9)

где rК - кинематический радиус качения колеса, м;

iКПВ - передаточное число высшей ступени основной коробки:

для коробок грузовых автомобилей с числом передач менее шести, 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);

хAmax - максимальная скорость движения ПА на прямой передаче, км?ч-1;

nх - частота вращения коленчатого вала двигателя, соответствующая максимальной скорости движения ПА, об?мин-1.

Частоту вращения коленчатого вала двигателя определяем через коэффициент его оборотистости:

nх = хAmax•зод, (6.10)

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

nх = 100•35 = 3500 об?мин-1.

iГ = 0,377•0,508•3500/(1•1•100) = 6,7.

6.3.2 Передаточное число низшей ступени коробки передач

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

iКПН = GА•шmax•rД/ (MEmax•iДК•iГ•зТП), (6.11)

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

iКПН = 15000•9,8• 0,4•0,508 / (833•0,85•6,7•0,885) = 7,1

Полученное значение первой передачи основной коробки проверяем по условию буксования. Буксования не будет, если выполняется неравенство: для заднеприводных ПА

iКПН ? Gц- цсц•rд / (MEmax•iДК• iГ•зТР)•(L / (L - hg•цсц));

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

цсц - коэффициент сцепления шин с дорогой, принимаемый для сухого шоссе 0,7...0,8;

L - база автомобиля, принимается из компоновочной схемы, м;

hg - высота центра масс, принимается из компоновочной схемы, м.

iКПН = 7,1 ? 11400•9,8•0,8•0,508 / (833•0,85•6,7•0,885)(4,26 / (4,26 - 2•0,8)) =17,3

6.3.3 Передаточные числа промежуточных ступеней коробки передач

Передаточные числа промежуточных ступеней коробки передач выбираются 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 1-й ступени коробки передач имеем:

iКП i = (iКПНm-I • iКПВi-1)1/(m-1), (6.12)

где iКП i - 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 = 7,1; iКП 2 = 4,35; iКП 3 = 2,66; iКП 4 = 1,6; iКП 5 = 1.

6.4 Построение тяговой характеристики

Тяговое усилие на колесе определяем из следующего выражения:

FKi = МЕ• iКПi• iДК•iГ•зТР/ rд, (6.13)

где FKi - 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 - хА (м?с-1) при заданной частоте вращения коленчатого вала двигателя - n (об?мин-1) с учетам передаточного числа трансмиссии вычисляем по формуле:

хА = 0,105•rк •п/iТР, (6.14)

где rк- кинематический радиус качения колеса, м;

iТР - общее передаточное число трансмиссии, определяемое как:

iТР = iКП• iДК• iГ, (6.15)

iТР = 7,82•1•6,7 = 52,4.

хА = 0,105•0,508•1000/52,4= 1 м?с-1

FKi = 815,75• 7,82•1 6,7• 0,885 / 0,508 = 74459 Н.

Полученные численные значения сводим в таблицу 6.2 и по ее данным строим тяговую характеристику ПА.

Таблица 6.2 - Параметры тяговой характеристики АСА

Передача	Параметр	Частота вращения коленчатого вала Двигателя, об?мин-1
		1000	1400	1800	2200	2600	3000	3400
1	FK1, H	74459	76033	7445	69730	61858	50837	0
	хА , m?c-1	1	1,4	1,8	2,2	2,6	3,0	3,4
2	FK2, Н	38400	39190	38000	35900	31900	26200	0
	хА , m?c-1	1,94	2,76	3,5	4,3	5	5,82	-
3	FK3, H	23804	24324	23804	22308	19790	16264	0
	хА , m?c-1	3	4,2	5,4	6,6	7,8	9	-
4	FK4, H	14561	14869	14561	13637	12098	9942	0
	хА , m?c-1	5	7	9	11	13	15	-
5	FK5, H	9544	9746	9544	8939	7930	6517	0
	хА , m?c-1	8	11,2	14,4	17,6	20,8	4	-

Тяговая характеристика проектируемого пожарного автомобиля представлена на рисунке 6.2.



Рисунок 6.2 - Тяговая характеристика АСА

6.5 Построение динамической характеристики

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

D = (FK - FB)/GA, (6.16)

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 4.4) и скорость движения ПА, Н:

Fв = Кв•( хА)2, (6.17)

Fв = 3,51•(1)2 = 3,51 Н.

D1 = (74459 - 3,51) / (15000•9,8) = 0,506.

Результаты расчетов, аналогично порядку построения тяговой характеристики, сводим в таблице 6.3.

По данным таблицы строим зависимости динамического фактора от скорости движения, представленные на рисунке 6.3.

Таблица 6.3 - Параметры динамического фактора АСА

Передача	Параметр	Частота вращения коленчатого вала двигателя, об?мин-1
		1000	1400	1800	2200	2600	3000	3400
1	Fк1, Н	74459	76033	74453	69730	61858	50837	0
	хА , m?c-1	1	1,4	1,8	2,2	2,6	3,0	3,4
	Fв,Н	3,51	7,12	11,37	17	23,7	31,6	40,6
	D1	0,506	0,517	0,506	0,470	0,420	0,340	-
2	Fк2, Н	38400	39190	38000	35900	31900	26200	0
	хА , m?c-1	1,94	2,76	3,5	4,3	5	5,82	-
	Fв,Н	13,2	26,7	43	64,9	87,75	118,9	-
	D2	0,26	0,27	0,258	0,243	0,216	0,177	-
3	Fк3, Н	23804	24324	23804	22308	19790	16264	0
	хА , m?c-1	3	4,2	5,4	6,6	7,8	9	-
	Fв,Н	31,59	61,9	102,35	152,9	213,5	284,3	-
	D3	0,16	0,165	0,161	0,15	0,133	0,108	-
4	Fк4, Н	14561	14869	14561	13637	12098	9942	0
	хА , m?c-1	5	7	9	11	13	15	-
	Fв,Н	87,75	171,99	284,3	424,7	593,2	789,75	-
	D4	0,098	0,1	0,097	0,089	0,078	0,062	-
5	Fк5, Н	9544	9746	9544	8939	7930	6517	0
	хА , m?c-1	8	11,2	14,4	17,6	20,8	24	-
	Fв,Н	224,6	440,3	727,8	1087,2	1518,5	2021,8	-
	D5	0,06	0,063	0,059	0,053	0,04	0,03	-



Рисунок 6.3 - Динамическая характеристика АСА

Ускорение ПА - jА на горизонтальной дороге определяем как:

JA = (Di - ш)•g/д, (6.18)

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

g - ускорение свободного падения, м?с-1;

д - коэффициент учета вращающихся масс, определяется как:

д = 0,05 + 1 +0,07 (iкп)2, (6.19)

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

д = 0,05 + 1 + 0,07*(7,82)2 = 5,33.

JА = (0,506 - 0,02) 9,8 / 5,33 = 0,89 м с-2

Полученные величины ускорений заносим в таблицу 6.4, по данным которой строим для первой, третьей и пятой передач графические зависимости JА = F(хА), представленные на рисунке 6.4.

Таблица 6.4 - Значения ускорения АСА на различных передачах

Передача	Параметр	Частота вращения коленчатого вала двигателя, об?мин-1
		1000	1400	1800	2200	2600	3000	3400
1	JА1 м?с-2	0,89	0,91	0,89	0,82	0,73	0,6	-
	хА, м?с-1	1	1,4	1,8	2,2	2,6	3,0	3,4
3	JА2 м?с-2	0,92	0,96	0,93	0,86	0,74	0,58	-
	хА, м?с-1	3	4,2	5,4	6,6	7,8	9	-
5	JА3 м?с-2	0,35	0,37	0,34	0,288	0,175	0,08	-
	хА, м?с-1	8	11,2	14,4	17,6	20,8	24	-

Рисунок 6.4 - Графики ускорений АСА на разных передачах

6.6 Построение графиков времени и пути разгона

Графики времени ф = f (хА) и пути разгона s = f (хА) строятся на основании графика ускорений ПА графоаналитическим методом. На кривой ускорений (рис.6.4), 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 х1; х2; х3; х 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:

ф 1 = 2 (х1 - 0)/(j1 + 0);

ф 2 = 2 (х2 - х1)/(j1 + j2); (6.20)

ф 3 = 2 (х3 - х2)/(j2 + j3); и т.д.

ф 1 = 2 (8 - 0)/(0,35 + 0) = 45,7с

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

S1 = (0 +х1)•ф1/2;

S2= (х1 + х2)•ф2/2; (6.21)

S3= (х2 + х3)•ф3/2; и т.д.

S1 = (0+8)•45.7/2 = 182,8 м

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

ф =? фi = ф1 + ф2 +…+ фn, c; (6.22)

ф =? фi = 45,7 +8,88 + 9 + 10,19 +13,82 +25 =112,59 с

s = ? si = s1+ s2+…+sn, м (6.23)

s = ? si = 182,8 + 85,2+ 115,2 + 163,0 + 265,3 + 560,0 = 1371,5 м.

Результаты вычислений заносим в таблицу 6.5, по данным которой строим графические зависимости ф = f (х A) и з = s = f (х A), представленные на рисунке 6.5.

Таблица 6.5 - Значения времени и пути разгона АСА

Величина	Интервал скоростей
	1	2	3	4	5
Скорость в конце интервала - х, м?с-1	11,2	14,4	17,6	20,8	24
Ускорение в конце интервала- ji, м?с-2	0,37	0,34	0,288	0,175	0,08
Время разгона в интервале - фi, с	8,88	9	10,19	13,82	25
Суммарное время разгона - ф =? фi., с	112,59
Путь разгона в интервале - si, м	85,2	115,2	163	265,3	560
Суммарный путь разгона - s = ? si, м	1371,5



Рисунок 6.5 - Время и путь разгона АСА

6.7 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 табл. 6.2, для каждой передачи строим кривые тяговой мощности в функции скорости движения NKi = f (хA). При этом тяговую мощность на ведущих колесах - NKi (кВт) определяем по следующей формуле:

NKi = FKi•хA / 1000 (6.24)

Мощность - Nв (кВт), затрачиваемую на преодоление сопротивления воздуха, определяем как:

NB = FB•хA / 1000 (6.25)

Мощность - NД (кВт), затрачиваемую на преодоление суммарного сопротивления дороги, определяем как:

Nд = GА•ш•хA/1000, (6.26)

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

Результаты расчетов сводим в таблицу 6.6, по данным которой строим график мощностного баланса, общий вид которого показан на рисунке 6.6.

Таблица 6.6 - Параметры мощностного баланса АСА

Параметр	Частота вращения коленчатого вала двигателя, об?мин-1
	1000	1400	1800	2200	2600	3000
хА, м?с-1	1	3	5	9	15	24
NВ, кВт	0,0035	0,095	0,439	2,559	11,846	48,52
NД, кВт	2,94	8,82	14,7	26,5	44,1	70,56
хА, м?с-1	1	1,425	1,8	2,2	2,6	3,4
NK1, кВт	74,46	107,96	134,0	153,4	160,8	152,5
хА, м?с-1	1,94	2,76	3,5	4,3	5	5,82
NK2, кВт	74,5	108,16	133,0	154,4	159,5	152,5
хА, м?с-1	3	4,2	5,4	6,6	7,8	9
NK3, кВт	69	102,16	128,5	147,2	154,3	146,4
хА, м?с-1	5	7	9	11	13	15
NK4, кВт	72,8	104,0	131,0	150,0	157,3	149,1
хА, м?с-1	8	11,2	14,4	17,6	20,8	24
NK5, кВт	76,3	109.15	137,4	157,3	164,9	156,4



Рисунок 6.6 - График мощностного баланса:

Точка А соответствует максимально возможной скорости движения АСА в заданных условиях с учетом сил сопротивления движению, а именно сил сопротивления дороги т.е. качению и подъему, и аэродинамических составляющих сил сопротивления воздуха.

7. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕХНИКО-ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ АВАРИЙНО-СПАСАТЕЛЬНОГО АВТОМОБИЛЯ

7.1 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 определяем по формуле:

Qs = qN(NД+NВ) kn•kИ/(36 хA•зтр•ст), (7.1)

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

qN- удельный расход топлива проектируемого двигателя при Nmах: для дизелей qN = 195...230 г?(кВт?ч)-1;

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

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

ст - плотность топлива: для дизельного топлива рт= 0,86 г?см-3.

Qs =230(25 + 2,5)1,04•1,1 /( 36•8•0,85•0,86) = 34,16 л/100 км

Результаты расчетов сводим в таблицу 7.1, по данным которой строим зависимость Qs = f (хA), представленную на рисунке 7.1.

Таблица 7.1 - Параметры топливно-экономической характеристики АСА

Параметр	Частота вращения коленчатого вала двигателя, об?мин -1
	1000	1400	1800	2200	3000
хА, м?с-1	8	9	13	15	24
NK, кВт	76,3	100	120	140	156,4
NД + NВ, кВт	27,5	29	37	56	119
И	0,35	0,29	0,32	0,4	0,76
kИ	1,1	1,1	1,1	1	0,8
kn	1,04	1,01	1	0,89	0,67
n0	0,9	1	1,4	1,66	2,66
Qs, л/100 км	34,16	31,28	28	29	34,66

7.2 Показатели тормозных свойств

Основными оценочными показателями динамичности ПА при торможении является замедление - j3 (м?с-2 ) и путь торможения - SТ(м):

JЗ = (ц•соsб + f ± sinб); (7.2)

SТ = хА2 / 2g (ц• соsб +f ± sinб), (7.3)

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

хА - принимается для расчетов хА = 0,6*хAmax;

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

j3 = (0,6•0,98 + 0,02 + 0,05) 9,8 = 6,45 мс2

SТ = (0,6•26)2 /2*9,8 (0,6*0,98 + 0,02 + 0,05) = 18,87 м



Рисунок 7.1 - Топливно-экономическая характеристика АСА

7.3 Показатели устойчивости

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

хоп = (g•R•B/2 hg) 1/2, (7.4)

х3 = (g•R•ц)1/2, (7.5)

где хоп - критическая скорость ПА по боковому опрокидыванию, м?с-1;

R - радиус кривой полотна дороги, м;

В - колея автомобиля, м;

hg - высота расположения центра масс, принимается из комп. схемы, м;

х3 - критическая скорость движения ПА по боковому заносу, м?с-1

хоп = (9,8•25•2,2 / 2•1,4) 1/2 = 13,29 м?с-1

х3 = (9,8•25•0,6)1/2 = 12,12 м?с-1

По данным расчетов, в соответствии с заданными условиями, строим зависимости, представленные на рисунке 7.2.



Рисунок 7.2 - Зависимости критических скоростей от радиусов кривизны дороги

7.4 Показатели управляемости

Критическая скорость ПА по условиям управляемости -хупр(м?с-1) определяется по следующей формуле:

хупр = (((цу 2 - f2) / tgи - f) L Cosи•g)1/2, (7.6)

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

и - максимальный средний угол поворота управляемых колес ПА, обычно и = 0,62...0,7 рад. (35...40°);

L - колесная база ПА, м

хупр = (((0,62 - 0,022) / 0,7 - 0,02) 5,2•0,55•9,8)1/2 = 3,7 мс-1

Если ПА движется со скоростью большей, чем хупр, 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 (и - у,) + tg у2), (7.7)

где у1 и у2 - углы увода колес, соответственно, передней и задней оси, град:

у1 = Fу1 / ?kув,

у2 = Fу2 / ?kув, (7.8)

где kув - коэффициент сопротивления уводу одного колеса: для грузовых kув = 800...1500 Н?град-1

Предельные значения боковых сил на колесах передней - Fу1 и задней - Fу2 (Н) оси, при которых колеса катятся еще без бокового скольжения, определяются из выражений:

Fу1 = 0,4ц•G1;

Fу2 = 0,4ц •G2; (7.9)

где ц - 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.

RЭ = 5,2 / (tg 40 +tg 0,6) = 9,9 м.

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

R= L / tg и. (7.10)

R= 5,2 / 0,55 = 9,4 м.

В данном случае RЭ = 9,9 > R=9,4, поэтому можно констатировать, что АСА обладает поворачиваемостью, близкой к нейтральной. Это соответствует заводским характеристикам автомобилей КамАЗ и обеспечивает приемлемую характеристику с точки зрения безопасности.

8. РАЗРАБОТКА УСТРОЙСТВА ФИКСАЦИИ СМЕННОГО МОДУЛЯ

8.1 Разработка принципиальной схемы фиксатора

Анализ существующих схем фиксации и креплений сменных кузовов и модулей показал, что наибольшее распространение получили роликовые конструкции. Однако опыт немецких коллег по эксплуатации подобных конструкций выявил у последних целый ряд недостатков. Основным из них является высокая стоимость.

Нами в проекте предлагается максимально простая и надежная схема, показанная на рисунке 8.1. Разработанная схема фиксации позволяет в полуавтоматическом режиме, при помощи гидравлически перемещаемого штока, легко и надежно закрепить модуль на платформе.

Рисунок 8.1 - Принципиальная схема фиксатора:

1-модуль; 2-ухо; 3-фиксирующий палец-шток; 4-гидроцилиндр; 5-дроссель; 6-электрогидрокран; 7-насос; 8-бак; 9-переключатель

8.2 Расчет штока фиксатора

Расчет удерживающих модуль штоков или пальцев по направлениям среза можно провести по ниже представленной методике.

Исходные данные:

- максимальная нагрузка (масса модуля) - 2000 кг,

т.е. максимально возможное усилие составит F = 19600 Н;

- число опорных пальцев n = 1;

- предел прочности на срез для СТ 3 [ф] = 21*9,8 Н?мм-2;

- i - число плоскостей среза i = 2.

Условия прочности по направлениям среза

уmax = (F / ( n(р/4)*d2*i)) ? [ф], (8.1)

тогда диаметр пальца можно определить как:

d = (F / ( [ф]*п(р/4)*i))1/2 = 16,4 мм. (8.2)

С учетом динамических нагрузок, а это можно определить через коэффициент, для нашего случая коэффициент будет находиться в пределах 1,6...1,8, диаметр штока фиксатора одного запорного-удерживающего устройства не должен быть менее 29,52 мм, что позволит рекомендовать диаметр - 30 мм.

9. ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТЕЙ «МОДУЛЬНОГО» ПЕНОБАКА

Автомобильные установки водопенного тушения обеспечивают хранение, смешивание, подачу огнетушащих веществ и определяют тактико-технические возможности пожарной машины.

Как правило, они включают цистерну (для воды, бак для пенообразователя, пожарный насос, вакуум-кран, стационарный пеносмеситель, соединенные между собой системой трубопроводов, оборудованных задвижками, вентилями, кранами, клапанами, контрольно-измерительными приборами.

Для управления установками водопенного тушения используется как ручной механический привод, так и дистанционные системы управления с пневматическим, гидравлическим и электромеханическим приводом. Контроль за работой систем осуществляется с помощью манометров, мановакуумметров, тахометров.

Принципиальные схемы установок водопенного тушения основных пожарных автомобилей являются однотипными и отличаются друг от друга лишь наличием стационарных лафетных стволов, числом емкостей для огнетушащих веществ, конструктивными особенностями запорной и питающей арматуры.

В водопенных установках пожаротушения так же, как и в других аналогичных установках, для хранения огнетушащих веществ применяются цистерны, баки, баллоны и другие емкости. В зависимости от вида и способа подачи огнетушащих веществ эти емкости делятся на емкости свободного заполнения и емкости, работающие под избыточным давлением.

Объем емкостей, устанавливаемых на пожарных автомобилях, зависит от назначения последних, свойств вывозимых огнетушащих веществ, интенсивности их подачи в зону горения, грузоподъемности используемого шасси и многих других факторов, которые необходимо учитывать при создании новых и модернизации существующих пожарных машин.



Рисунок 9.1 - Автомобильная установка водопенного тушения:

1-всасывающий патрубок; 2-пожарный насос; 3-вакуум-кран; 4-трубопровод подачи холодной воды в змеевик теплообменника; 5-напорные патрубки; 6-трубо провод подачи огнетушащей жидкости из цистерны; 7-трубопровод подачи воды в цистерну; 8-цистерна; 9-лафетный ствол; 10-пенобак; 11-трубопровод подачи пенообразователя из пенобака; 12-трубопровод подачи пенообразователя из цистерны; 13-штуцер; 14-напорный патрубок пеносмесителя; 15-мановакуумметр напорной полости . насоса; 16-пеносмеситель; 17-мановакуумметр всасывающей полости насоса; 18-трубопровод для возвращения воды в насос из змеевика теплообменника.

В нашем случае стоит задача оценить возможности дополнительного, автономно вывозимого пенобака. Очень часто, при ликвидации крупных аварий и тушении пожаров, запаса пенообразователя, вывозимого цистернами недостаточно. Поэтому предлагается оборудовать аварийно-спасательный автомобиль сменной емкостью для пенообразователя, что позволит использовать эту машину совместно с цистернами, автонасосами и другими внешними устройствами подачи воды.

На проектируемом автомобиле АСА возможна установка модуля с емкостью до 2000 л. Попробуем оценить площадь тушения пожара при помощи такого количества пенообразователя.

В практических расчетах известна методика определения объема емкости для вывозимого основного огнетушащего вещества - Vо определяется по формуле. В конкретной задаче с учетом того, что при тушении пожаров подача воды будет осуществляться от внешнего источника (автоцистерны, мотопомпы, автонасоса и т.д.) объем необходимого основного огнетушащего вещества (воды) определится как:

Vо = 60k • FП • J •фр, (9.1)

где k - коэффициент запаса, принимается k = 1,1; 1,2;

FП - среднестатистическая площадь пожара, м2;

J - интенсивность подачи огнетушащего вещества, 0,1 л?(с?м2)-1;

фР - расчетное время тушения, 4,5 мин.

Минимальный объем дополнительной емкости - Vд для хранения химического вещества (пенообразователя, смачивателя и т.п.), добавляемого в воду с целью повышения ее огнетушащей способности, определяется по формуле:

Vд = VВ • с / 100, (9.2)

где VВ - вместимость цистерны, заполненной водой, л;

с - процентное содержание химвещества, добавляемого в воду, %.

Подставив все исходные значения в вышеприведенные формулы, определим, что для 2000 л пенообразователя потребуется 33000 л воды, а полученным раствором можно будет потушить 1000 м2 площади пожара.

Толщину стенки - 8 емкости для огнетушащего вещества определим по формуле:

s = Р • Dвн / (200 • ц • [у] - Р) + с. (9.3)

где Р - давление внутри емкости. Па;

Dвн - внутренний диаметр резервуара, см;

ц - коэффициент прочности оболочки емкости, равный 0,7;

с - прибавка к расчетной толщине стенки, равная 1 мм;

[у] - допускаемое напряжение, Па.

s = 2,1+1 = 3,1 ? 3,5

Для металлических конструкций принимаем толщину стенки 3,5 мм. В случае установки баков из полимерных материалов необходимо использовать жесткий каркас и внешнюю защиту.

10. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПРОЕКТА

Экономическую оценку проектируемого аварийно-спасательного автомобиля проведем по «Инструкции по определению экономической эффективности новой пожарной техники, пожарно-профилактических мероприятий в области пожарной защиты» разработанной ФГБУ ВНИИПО МЧС России на основе обязательного для всех ведомств документа-«Методика определения экономической эффективности использования в народном хозяйстве новой техники, изобретений и рационализаторских предложений» утвержденной Госкомитетом СССР по науке и технике, Госпланом СССР, Академией наук СССР и Госкомитетом по делам изобретений и открытий в 1977году,в которой учтены специфические особенности внедрения новой техники.

По вышеуказанной инструкции экономическую эффективность нового пожарного автомобиля определяем из сопоставления приведенных затрат производства базовой(прототипа) и проектируемой спкциальной пожарной машины.

В общем случае расчет денежных затрат производим по формуле:

З = С + ЕН•К, (10.1)

где З - приведенные затраты на единицу продукции, руб.;

С - себестоимость единицы продукции, руб.;

К - удельные капитальные вложения в производственные фонды, руб.;

ЕН - нормативный коэффициент капитальных вложений.

Таким образом, приведенные затраты представляют сумму себестоимости и нормативной прибыли.

При оценке экономической эффективности внедрения новой пожарной техники необходимо привести в сопоставимый вид качественные показатели базовой и новой машины.

Для этого находим коэффициент эквивалентности, который по каждому виду пожарной техники определяется как средневзвешенный арифметический показатель, где каждая составляющая качества взвешивается по коэффициенту значимости, определенному экспертным методом.

Таким образом, годовой экономический эффект от внедрения нового аварийно-спасательного автомобиля - АСА определяем по нижеследующей формуле:

Э ={З1•Кэ•(Р1+Ен)/(Р2+Ен)+[(И1•Кэ-И2)-Ен(К2-К1)]/(Р2+Ен)-З2}А2, (10.2)

где З1 ,З2 - приведенные затраты единицы, соответственно, базавой и новой модели автомобиля, руб.;

Кэ - коэффициент эквивалентности;

(Р1+Ен)/(Р2+Ен) - коэффициент учета изменения срока службы новой техники по сравнению с базовой;

Р1, Р2 - доли отчислений от балансовой стоимости на полное восстановление базовой и новой техники;

И1, И2 - годовые эксплуатационные издержки потребителя при использовании сравниваемых вариантов, руб.;

К1, К2 - сопутствующие капитальные вложения потребителя по сравниваемым вариантам, руб.;

А2 - годовой объем внедрения, ед.

На основании вышеприведенной методики приведем расчет экономической эффективности от создания и использования при тушении пожаров и проведении аварийно-спасательных работ спроектированного пожарного автомобиля АСА-20М на шасси Урал 6370 с экономическим дизельным двигателем ЯМЗ-238. В качестве базового варианта принимаем аварийно-спасательного автомобиля АСА-20 на таком же шасси, но с менее экономичным дизельным двигателем КамАЗ-740.

Технико-экономические показатели сравниваемых моделей пожарных аварийно-спасательных машин представлены в таблице 10.

Таблица 10 - Технико-экономические показатели сравниваемых моделей аварийно-спасательных пожарных автомобилей

Наименование показателей	Единица измерения	Значение показателя
		Базовый вариант	Новый вариант
Шасси Оптовая цена техники Себестоимость изготовления техники Емкость порошкового модуля Емкость пенного модуля Емкость газового модуля Полная масса автомобиля Мощность двигателя Подача огнетушащих веществ Скорость автомобиля Срок службы техники Приведенные затраты Эксплуатационные издержки потребителя Объем выпуска	- руб. руб. кг. л л кг кВт л•с-1 км•ч-1 год руб. руб. ед.	КамАЗ-43114 380000 355000 - - - 15100 191 - 85 10 379000 45408 -	Урал 6370 390000 365000 1260 2000 300 15300 176 40 100 10 382000 45505 100

Примечание: Одновременно машина может вывозить 2 сменных модуля тушения. Для подачи пены от пенного модуля используется вода, подаваемая насосом другой пожарной машины или сухотрубом.

Из таблицы 10 видно, что новая пожарная машина АСА при сопоставимой с прототипом полной массе и более экономичном дизельном двигателе развивает большую скорость движения и вывозит различные модули тушения, значительно расширяющие область использования машины и делающие ее более универсальной.

При определении экономической эффективности необходимо учитывать качественные показатели в сочетании с экономическими. В данном случае увеличение затрат, связанных с внедрением новой пожарной машины АСА, обоснованно повышением ее качества и оснащенностью различными по назначению сменными модулями.

Показатели качества отражает коэффициент эквивалентности, который согласно инструкции ВНИИПО можно определить по следующей формуле:

Кэ=(Ne2•GA1/Ne1•GA2)•б1+(Q2/Q1)•б2+(П02/П01+НН2/НН1)•б3+(V2/V1)•б4, (10.4)

где Ne1,Ne2 - эффективная максимальная мощность двигателя, кВт (л.с);

GA1,GA2 - полная масса, кг;

Q1,Q2 - общий объем вывозимых огнетушащих средств, л;

П01,П02 - максимальная подача огнетушащих средств, л•с-1;

V1,V2 - максимальная скорость движения, км•ч-1;

НН1,НН2 - ступенчатость насоса;

б1… б4 - коэффициент значимости показателей качества.

Здесь индекс 1 принадлежит параметрам базового АСА, а индекс 2 - нового спроектированного аварийно-спасательного автомобиля.

По формуле (10.3) рассчитываем коэффициент эквивалентности без учета вывозимого в сменных модулях оборудования и огнетушащих веществ:

Кэ=176•15100/191•15300)0,24+(60/60)0,29+(25/25)0,13+(1/1)0,13+

+(100/85)0,21=1,02

Подставляем полученный коэффициент эквивалентности в формулу (10.2) и получаем годовой экономический эффект от создания и использования нового пожарного аварийно-спасательного автомобиля АСА-20М:

Э=[379000•1,02•1,0+(45408•1,02-45505)/(0,0627+0,15)-382000]100=

=(386580+3813,63-382000)100=839363 руб.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, в соответствии с выданным заданием спроектирован пожарный аварийно-спасательный автомобиль, отвечающий современным требованиям и учитывающий основные тенденции развития пожарного машиностроения. В основу концепции спроектированной машины заложена экономичность, минимальные затраты на проектирование, изготовление и ее эксплуатацию.

В качестве прототипа выбран автомобиль АСА-20 на шасси УРАЛ-6370, по своим техническим параметрам отвечающий требованиям, предъявляемым к современным аварийно-спасательным автомобилям. Указанное шасси имеет достаточный запас по грузоподъемности и легко может быть приспособлено для эксплуатации совместно со сменными модулями.

Выбранный тип дизельного двигателя марки ЯМЗ-238 позволяет на 15 % снизить путевой расход топлива на каждые 100 км и обеспечить при этом более высокую эксплуатационную скорость машины, достигающую на пятой передачи 100 км?ч-1.

Проведенный в проекте компоновочный расчет показал, что на переднюю управляемую ось автомобиля приходится 26 % от полной нагрузки, а на заднюю тележку - 74 %, что при колесной базе равной 3340 мм до оси среднего моста обеспечивает хорошую управляемость и достаточное сцепление ведущих колес с дорогой.

Полученные по результатам расчетов координаты центра тяжести, в частности, его высота равная 1,29 м, свидетельствуют о хорошей поперечной устойчивости спроектированного автомобиля, особенно на поворотах и дорогах с поперечным уклоном (косогорах).

Сохраняя основные тактико-технические показатели прототипа, спроектированный АСА имеет в значительной степени расширенный спектр выполняемых работ, а следовательно, повышенную эффективность использования. Наличие сменных модулей, способных тушить локальные возгорания, позволяет по новому взглянуть ни тактику использования машин тяжелого класса. В некоторых случаях это позволит совсем отказаться от привлечения автоцистерн, автомобилей газового или порошкового тушения.

За счет применения сменных модулей универсальность использования спроектированного автомобиля возрастает. Такой машиной можно одновременно осуществлять тушение и производить аварийно-спасательные и восстановительные работы.

Необходимо отметить, что спроектированный автомобиль достигает заданной максимальной скорости 27,5 м?с-1 ? 100 км?ч-1 на нисходящем участке кривой мощностной характеристики. Однако разгон при падении мощности приводит к перерасходу топлива. Поэтому рекомендуемая скорость движения машины, из условий экономичности и безопасности должна находиться в пределах 85... 90 км?ч-1.

Проведенные расчеты показывают, что спроектированный автомобиль, благодаря правильной компоновке и распределению нагрузки по осям, обладает хорошими показателями тормозных свойств, устойчивости и управляемости, удовлетворяющими международным нормам безопасности.

С экономической точки зрения эффект от внедрения спроектированного аварийно-спасательного автомобиля может составить 839363 рублей в год. При задействовании при тушении пожаров вывозимых сменных модулей, экономический эффект от эксплуатации машины будет значительно выше.

пожарный автомобиль аварийный конструирование

СПИСОК использованной литературы

ФЗ «Об аварийно-спасательных службах и статусе спасателей». - Собрание законодательства Российской Федерации, 1995, №35, ст.3503.

Приказ МЧС от 25 июля 2006 года № 425 «Об утверждении норм табельной положенности пожарно-технического вооружения и аварийно-спасательного оборудования для основных и специальных пожарных автомобилей изготавливаемых с 2006 года»

Приказ МЧС от 31 декабря 2002 года № 630 «Об утверждении и введение в действие правил охраны труда в подразделениях Государственной противопожарной службы МЧС России» (ПОТРО-01-2002)

НПБ-163-97 Пожарная техника. Основные пожарные автомобили. Общие технические требования. Методы испытаний. ВНИИПО МВД России. 1997г. - 105 с.

НПБ-176-98 Техника пожарная. Насосы центробежные пожарные. Общие технические требования. Методы испытаний. ВНИИПО МВД России. 1998.-18 с.

НПБ-181-99 Автоцистерны пожарные и их составные части. Выпуск из ремонта. Общие технические требования. Методы испытаний.: ВНИИПО МВД России. 1999г.-28 с.

НПБ 180-99. Пожарная техника. Автомобили пожарные. Разработка и постановка на производство. - М.:ГУГПС, ФГУ ВНИИПО МВД России, 1999 -27 с.

НПБ 307-2002. Автомобили пожарные. Номенклатура показателей. - М.: ВНИИПО, 2003. - 45 с.

ГОСТ 12.2.037-78. Техника пожарная. Требования безопасности.

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

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

Пожарные автомобили предприятий России. Сборник нормативных документов. Выпуск 8. - М.: ФГУ ВНИИПО МВД России, 2000.

Автомобильный справочник НИИАТ.- М.: Транспорт, 1989.-220 с.

Безбородько М.Д. Пожарная техника. М.: АГПС МЧС России, 2004 г. 550 с.

Вильмер Я.М., Ковалев Я.Г., Некрасов Б.В. Справочное пособие по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам.-М.: Машиностроение, 1975г.

Орлов П.И. Основы конструирования. В 2-х кн. Кн. 1. Изд. 3-е, испр. - М.: Машиностроение, 1988 г. - 560 с.

Я.С. Повзик Справочник руководителя тушения пожара.-М.: ЗАО «СПЕЦТЕХНИКА», 2000 г.-361с.

Яковенко Ю.Ф. Современные пожарные автомобили. - М.: Стройиздат, 1988.-352 с: ил.

НПБ-163-97 Пожарная техника. Основные пожарные автомобили. Общие технические требования. Методы испытаний. ВНИИПО МВД России. 1997.-105 с.

Каталог. Продукция, выпускаемая Варгашиским заводом противопожарного и специального оборудования. ФГУП«ВЩ и СО»2001 г.-15 с.

21.http://pozarniy.ru/news(дата обращения 12.03.2012).

22.http://mchs.gov.ru/Upload/2.6(дата обращения 15.03.2012).

Размещено на Allbest.ru