Проектирование пожарного автомобиля

Проектирование пожарного автомобиля

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.

.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 - tсл, определяемого по формуле:

tсл = R / с1. с2. с3. с4. JА мах

и нормированного значения радиуса выезда, определить максимальную скорость движения - JА мах при заданных условиях эксплуатации

JА мах = R / (tСЛ. 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);

JА мах - максимальная техническая скорость автомобиля, км. ч-1.

tсл = 8 / 0,3. 0,8. 0,8. 0,95. 99 = 0,44 ч.

JА 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 параметраОбозначениеСтрана, фирма, модель ПА, год выпускаРоссияРоссияРоссияПрототип (проект)12345671. Тип(ПНС)ПНС-110«ПНС-110»2. Колесная формула шасси6х6 ЗИЛ-1314x2 КамАЗ- 43083. Компоновочная схемаКЛКЛ4. Положение кабиныКЗДКНД5. Номинальная грузоподьемность, кгMН500065006. Полная масса, кгMА1080011500продолжение таблицы 112345677. ПеносмесительПС-12ПС-128. Габариты, мм длина ширина высота L А ´ В А ´ Н А 7370 2500 2680 7225 2422 26209. Максимальная скорость км. ч-1JАmах8010510. Расход топлива при работе насосной установки в номинальном режиме, кг/сQS4018,411. Тип, модель Двигателя привода насосадизельный четырехтактный, 2Д-12V8Д 64512. Максимальная мощность, кВтNЕ mах20013513. Частота вращения коленвала при NЕ махnN1350220014. Максимальный вращающий момент, Н.мМЕmах40251015. Масса двигателя, кгmд510743

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, агрегатаМасса, кгГабариты, мм l ´ b ´ hКоординаты центра массСтатические моменты, кг.мхiziMi.хiMi.zi12345671. Кабина7352000´2200´2300 GК 1,3 1,25 1430 1375Команда3´80Дополнительное электрооборудование25Оборудование в ящике кабины1002. Двигатель с коробкой передач18361500´1200´1300 GДВ0,51,19182019,63. Топливные баки для ДН714GБН2,62,01856,414284. Шасси71437550´2422´1300 GШ2,80,7520000,45357,255. Пожарное оборудование, рукава102GПТО4,52,25459229,56. Двигатель насосной установки817GДН3,91,53186,31225,57. Насос204GПН5,01,51020306ВСЕГО: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:

А = 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. ymax (1 - 0,3 jР) / (GНУ. jР),

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

jР - 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 + D + 0,5 lПЛ) / (GН + G0 - G1), (5)

где GН - номинальный вес груза, Н;

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

D - зазор между задней стенкой кабины и кузовом D @ 100 мм;ПЛ - длина грузовой платформы, выбирается по прототипу или в зависимости от габаритов размещаемого оборудования, мм;0, 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.1 = 0,3. GA = 0,3. 116776,8 = 35033 Н.O = 0,8. G1 = 0,8. 35033 = 28026 Н.

Координаты центра тяжести ПА (мм) определяются как:

хGа = å(Gi. хi) / GА; yGа = å(Gi. yi) / GА; zGа = å(Gi. zi) / GА, (6)

где хGа, yGа, zGа - координаты центра тяжести ПА по осям Ох, Оy, Оz;i - вес отдельных элементов конструкции ПА, Н;А - полный вес ПА, равный сумме Gi, Н;

хi, yi, zi - координаты центров тяжести отдельных элементов

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

хGа = 2,2689 м.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.

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 + lШ. D.ВШ, (8)

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

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

D - отношение высоты профиля шины к ее ширине: для обычных автомобильных шин принимается D = 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 - hТР равен произведению коэффициентов полезного действия входящих в трансмиссию механизмов:

hТР = hКП. hДК. hК. hГ. hКР, (9)

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

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

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

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

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

hтр = 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 = a. ВА. НА, (10)

для грузовых автомобилей и автопоездов a = 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.

3.2Расчет параметров двигателя пожарного автомобиля

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

NЕJ =(yJ. GА. JА max + кВ. Sм. JА3 max)/ 1000 hТР, (12)

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

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

NЕJ= (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 = NЕJ = 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;N-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-160012001800240030003600NЕ, кВт25,6576,95118,8138,4116,136,45МЕ, Н.м408,3612,4630,3550,7369,696,7

3.3Расчет 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. nJ / (iКПВ. iДКВ. JА 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);

JА max - максимальная скорость движения автомобиля на прямой передаче, км.ч-1;J - частота вращения коленчатого вала двигателя, соответствующая максимальной скорости движения ПА, об.мин-1. Она определяется через коэффициент оборотистости двигателя:

nJ = JА max. hОД, (17)

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

nJ= 95. 30 = 2850 об. мин-1.

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. ymax. rД / (МЕmax. iДК. iГ. hТР), (18)

где ymax - 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 £ Gj. jсц. rД / (МЕmax. iДК. iГ. hТР); (19)

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

jсц - 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.

3.4Построение тяговой характеристики

Тяговое усилие на колесе определяется из выражения:

FКi = МЕ. iКПi. iДК. iГ. hТР / 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 - JА (м.с-1) при заданной частоте вращения коленчатого вала двигателя - n (об.мин-1) c учетом передаточного числа трансмиссии вычисляется по формуле:

JА = 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.

JА = 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-дачаПараметрЧастота вращения коленчатого вала двигателя, об.мин-1600120018002400300036001FК1, Н30199,945296,246620,240732,627337,57152,4JА, м. с-10,81,62,33,13,94,62FК2, Н23504,035253,236283,631701,421276,25566,6JА, м. с-11,02,03,04,05,06,03FК3, Н18311,327464,728267,524697,616575,74336,8JА, м. с-11,32,53,85,16,37,64FК4, Н14280,121418,322044,419260,412926,63382,0JА, м. с-1163,35,06,58,29,85FК5, Н11137,116704,317192,515021,310081,52637,7JА, м. с-12,084,26,38,310,412,56FК6, Н8609,012912,513289,911611,57793,02038,9JА, м. с-12,75,48,110,813,516,27FК7, Н6695,910043,010336,69031,26061,21585,8JА, м. с-13,57,010,514,017,521,08FК8, Н5261,17890,98121,67095,94762,41246,0JА, м. с-14,59,013,417,922,326,89FК9, Н4099,56148,86328,55529,33710,9970,9JА, м. с-15,6411,316,922,528,233,8

3.5Построение 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. (JА) 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

ПередачаПараметрЧастота вращения коленчатого вала двигателя, об.мин-160012001800240030003600123456781FК1, Н30199,945296,246620,240732,627337,57152,4JА, м.с-10,81,62,33,13,94,6FВ, Н1,987,9316,3829,7547,0965,51D10,260,390,400,350,230,063FК3, Н18311,327464,728267,524697,616575,74336,8JА, м.с-11,32,53,85,16,37,6FВ, Н5,2319,3547,7180,53122,88178,82D30,160,230,240,210,140,035FК5, Н11137,116704,317192,515021,310081,52637,7JА, м.с-12,084,26,38,310,412,5FВ, Н13,3954,61122,88213,28334,86483,75D50,090,140,150,130,080,0187FК7, Н6695,910043,010336,69031,26061,21585,8JА, м.с-13,57,010,514,017,521,0FВ, Н37,93151,70341,33606,82948,151365,34D70,0570,0850,0860,0720,0440,0019Продолжение таблицы 5.123456789FК9, Н4099,56148,86328,55529,33710,9970,9JА, м.с-15,6411,316,922,528,233,8FВ, Н98,48395,33844,251567,352462,063536,99D90,0340,0490,0470,0340,0106-0,022

Ускорение ПА - jА на горизонтальной дороге определяется как:

jА = (Di - y). g / d, (29)

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

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

d - коэффициент учета вращающихся масс, определяется как:

d = 0,05 + 1 + 0,07. (iКП)2, (30)

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

d = 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

ПередачаПараметрЧастота вращения коленчатого вала Двигателя, об.мин-1600120018002400300036001JА1, м.с-20,981,51,551,340,850,16JА, м.с-10,81,62,33,13,94,63JА3, м.с-20,891,331,391,20,760,06JА, м.с-11,32,53,85,16,37,65JА5, м.с-20,560,961,040,880,48-0,02JА, м.с-12,084,26,38,310,412,57JА7, м.с-20,320,570,580,460,21-0,16JА, м.с-13,57,010,514,017,521,09JА9, м.с-20,130,260,250,13-0,09-0,38JА, м.с-15,6411,316,922,528,233,8

3.6Построение графиков времени и пути разгона

Графики времени t = f (JА) и пути разгона s = f (JА) 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 J1; J2; J3; J4 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:

t 1 = 2 (J1 - J0) / (j1 + j0);

t 2 = 2 (J2 - J1) / (j 1+ j 2);

t 3 = 2 (J3 - J2) / (j 2+ j 3) и т.д. (31)

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

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

s1 = (0 + J1). t 1 / 2;

s2 = (J1 + J2). t 2 / 2;

s3 = (J2 + J3). t 3 / 2 и т.д. (32)

s1 = (0 + 4). 1,43 / 2 = 2,86 м.

t = å ti = t1 + t2 + … + tn, с; (33)

t = å ti = 10,91 с.

s = å si = s1 + s2 + … + sn, м. (34)

s = å si = 62,99 м.

Таблица 7 - Значения времени и пути разгона АЦ

ВеличинаИнтервал скоростей123456Скорость в конце интервала - J, м.с-14,04,35,05,97,69,2Ускорение в конце интервала-ji, м.с-20,380,430,490,540,580,6Время разгона в интервале - ti, с1,431,231,091,942,682,54Суммарное время разгона -t = å ti, с10,91Путь разгона в интервале - si, м2,865,235,1810,6718,0920,96Суммарный путь разгона - s = å si, м62,99

3.7Построение 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 (JА). При этом тяговая мощность на ведущих колесах - NКi (кВт) определяется по следующей формуле:

NК i = FКi. JА / 1000. (35)

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

NВ = FВ. JА / 1000. (36)

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

NД = GА. y. JА / 1000, (37)

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

Таблица 8 - Параметры мощностного баланса пожарного автомобиля

ПараметрЧастота вращения коленчатого вала двигателя, об.мин-160012001800240030003600JА, м.с-10,82,56,314,028,233,8NВ, кВт0,00160,0480,7748,49569,43119,55NД, кВт1,8685,8414,732,765,8678,94NК1, кВт24,272,5107,2126,3106,632,9NК3, кВт23,868,7107,4126,0104,432,9NК5, кВт23,270,2108,3124,7104,832,9NК7, кВт23,470,3108,5126,4106,133,3NК9, кВт23,169,5106,9124,4104,632,8

4. Определение технико-эксплуатационных свойств пожарной насосной станции

4.1Показатели 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 JА. hТР. rТ), (38)

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

rТ - плотность топлива:

для дизельного топлива rТ = 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= JА / JN.

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 (JА), представленная на рисунке 8.

Таблица 9 - Параметры топливно-экономической характеристики АЦ

ПараметрЧастота вращения коленчатого вала двигателя, об.мин -160012001800240030003600JА, м.с-10,82,56,314,028,233,8NК, кВт24,268,7108,3126,4104,632,8NД + NВ, кВт1,875,8915,4741,2135,29198,49И0,0770,0860,1430,3261,2936,052kИ1,5091,491,361,0471,50956,1kn1,221,191,131,000,770,68n00,060,190,481,082,172,6QS, л /100 км31,8830,9427,9522,8241,291659,4

4.2Показатели тормозных свойств

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

jЗ = (j. Соsa + f ± Sina) g; (43)

sТ = JА2 / 2g (j. Соsa + f ± Sina), (44)

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

JА - принимается для расчетов JА = 0,6.JАmax;- 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.Т = 15,82 / 2. 9,8 (0,6. cos 4,5 + 0,02 - sin 4,5) = 23,6 м.

4.3Показатели 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:

JОП = (g. R. В / 2 hg)1/2; (45)

JЗ = (g. R. j)1/2, (46)

где JОП - критическая скорость движения ПА по боковому опрокидыванию, м.с-1;- радиус кривой полотна дороги, м;

В-колея автомобиля, м;g - высота расположения центра масс, принимается из компоновочной схемы, м;

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

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

JЗ = (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 JОП =f(R) и JЗ =f(R), представленные на рисунке 9 и определяются критические скорости движения ПА при R = 50 м.

ПараметрРадиус кривой полотна дороги, м.20406080100JОП, м. с-113,318,822,926,529,7JЗ, м. с-110,815,318,821,724,2

4.4Показатели управляемости

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

JУПР = (((jУ 2 - f2) / tg q - f) L. Cos q. g)1/2, (47)

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

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

L - колесная база ПА, м.

Если ПА движется со скоростью большей, чем JУПР, 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 (q - s1) + tg s2), (48)

где s1 и s2 - углы увода колес, соответственно, передней и задней оси, град:

s1 = Fs1 / åkУВ;

s2 = Fs2 / åkУВ, (49)

где kУВ - коэффициент сопротивления уводу одного колеса:

для грузовых kУВ = 800…1500 Н. град-1.

Предельные значения боковых сил на колесах передней - Fs1 и задней - Fs2 (Н) оси, при которых колеса катятся еще без бокового скольжения, определяются из выражений:

Fs1 = 0,4 j. G1;

Fs2 = 0,4 j. G2, (50)

где j - 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.

Fs1 = 0,4. 0,6. 35033 = 8407,92 Н;

Fs2 = 0,4. 0,6. 81743,8 = 19618,5 Н;

s1 = 8407,92 / (1000 +1000) = 4,2 град.;

s2 = 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 q. (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:

1. Осипов А.Г. Методические указания по курсовому и дипломному проектированию. - Иркутск.: ВСИ МВД России, 2007. -110 с.
2. Осипов А.Г. Методические указания по оформлению курсового и дипломного проектов. - Иркутск.: ВСИ МВД России, 2007. -16 с.
3. ГОСТ 12.2.047 - 86. ССБТ. Техника пожарная. Требования и определения.
4. ГОСТ 12.4. 009 - 85. ССБТ. Пожарная техника для защиты объектов.
5. ГОСТ 2.104-68 ЕСКД. Основные надписи. - М.: Издательство стандартов, 1968.
6. ГОСТ 2.105-95 ЕСКД, Общие требования к текстовым документам. - М.: Издательство стандартов, 1968.
7. ГОСТ 2.106-68 ЕСКД. Текстовые документы. - М.: Издательство стандартов, 1968.
8. Пожарная техника: Учебник для высших учебных заведений МВД СССР / Под ред. М.Д. Безбородько. 2-е изд. Доп. и перераб. - М., 1989. - 335 с.
9. Автомобильный справочник НИИАТ. - М.: Транспорт, 1989. -220 с.

пожарный насосный обтекаемость шасси