Улучшение показателей тяговой динамичности автомобиля КАМАЗ-4310 в составе автопоезда

Улучшение показателей тяговой динамичности автомобиля КАМАЗ-4310 в составе автопоезда

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Костанайский социально технический университет имени академика З. Алдамжар

Пушкарев Виктор Викторович

ДИПЛОМНАЯ РАБОТА

по теме: Улучшение показателей тяговой динамичности автомобиля КАМАЗ-4310 в составе автопоезда

Специальность 050713 «Транспорт, транспортная техника и технологии»

Костанай

ВВЕДЕНИЕ

Автомобильным транспортом в нашей стране потребляется около 20 % от общего количества добываемых нефтяных продуктов, затраты на топливо составляют в среднем около 15 % себестоимости транспортных работ, поэтому задачи связанные с повышением топливной экономичности автомобилей и автопоездов имеют большое значение для народного хозяйства.

Актуальность проблемы заключается в том, что с увеличением удельной мощности и скорости автомобилей (автопоездов), увеличивается и расход топлива, что обуславливается главным образом резким возрастанием сопротивления воздуха, так как расход мощности на преодоление этого сопротивления увеличивается пропорционально скорости. Это обстоятельство имеет особое значение в связи с распространением перевозок в контейнерах, фургонах, под тентом и т.п., увеличивающих лобовую площадь автомобиля. Единственно возможным путем уменьшения сопротивления воздуха является уменьшение коэффициента сопротивления воздуха, величина которого зависит от внешних форм автомобиля, улучшению которых и посвящена конструкторская часть данной дипломной работы.

Цель исследования: Улучшение показателей тяговой динамичности автомобиля КАМАЗ-4310 в составе автопоезда.

Задачи исследования:

Изучить обозначенную проблему в специальной технической литературе и на практике.

Провести анализ существующих конструкций обтекателей.

Выявить недостатки существующих конструкций обтекателей.

Расчет обтекателя.

Расчет массы обтекателя и стоимости материала необходимого для его изготовления.

Расчеты на прочность.

Объект исследования: Улучшение показателей тяговой динамичности автомобиля КАМАЗ-4310 в составе автопоезда за счет установки обтекателя.

Предмет исследования: автомобиль КАМАЗ-4310 в составе автопоезда.

Гипотеза: если установить обтекатель на грузовой автомобиль, то улучшатся показатели тяговой динамичности автомобиля.

Методы исследования: анализ различных конструкций, исследование преимуществ и недостатков различных обтекателей, разработка нового обтекателя, расчет обтекателя, расчет на прочность.

Структура дипломной работы отражает логику исследования и его результаты и состоит из введения, пяти разделов, заключения, списка использованных источников, приложений.

1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

.1 Эксплуатационные свойства транспортного средства

При эксплуатации автомобиль является частью системы «автомобиль-водитель-дорога-окружающая среда» и его свойства проявляются во взаимодействии с элементами этой системы. Поэтому значимость определенного эксплуатационного свойства в оценке качества или эффективности применения автомобиля зависит от условий, в которых это свойство проявляется, т. е. от условий эксплуатации.

Условия эксплуатации и определяются дорожными, транспортными и природно-климатическими условиями.

Дорожные условия характеризуются планом и профилем дороги, рельефом местности, видом и качеством дорожного покрытия, интенсивностью движения, различными помехами, режимами движения.

К транспортным условиям относятся: вид груза, объем перевозок, расстояние перевозок, способ погрузки и выгрузки, организация перевозок, условия хранения, техническое обслуживание и ремонт транспортного средства.

Природно-климатические условия - это особенности климатических зон, в которых эксплуатируется автомобиль (умеренная, холодная, жаркая, высокогорная).

Эксплуатационные свойства автомобиля - это комплекс свойств, определяющих степень его приспособленности к эксплуатации в качестве транспортного средства.

Эксплуатационные свойства автомобиля можно разделить на группы свойств, которые обеспечивают транспортному средству:

движение;

тягово-скоростные и тормозные свойства;

топливную экономичность;

управляемость;

устойчивость;

маневренность;

плавность хода;

проходимость.

Эти свойства во многом зависят от конструкции автомобиля.

1.1.1 Требования, предъявляемые к конструкции автомобиля

К конструкции автомобиля предъявляются производственные, эксплуатационные, потребительские требования, требования безопасности.

Производственные требования - соответствие конструкции технологическим возможностям завода и современной технологии, низкие расходы материалов, трудоемкость, себестоимость.

Эксплуатационные требования - топливная экономичность, курсовая устойчивость, управляемость, маневренность, плавность хода, проходимость, надежность, технологичность обслуживания в ремонте, невысокая себестоимость транспортных работ.

Потребительские требования - низкая стоимость самого автомобиля и его эксплуатации, безотказность и ремонтопригодность, безопасность, комфортабельность, легкость управления.

Требования безопасности включают в себя активную, пассивную послеаварийную и экологическую безопасность автомобиля.

Активная безопасность автомобиля - это свойство снижать вероятность возникновения дорожно-транспортного происшествия (ДТП). Она закладывается в конструкцию автомобиля и проявляется при движении и в аварийной ситуации. Этот вид безопасности характеризуется обзорностью, уровнем совершенства сигнализации, освещенностью, эргономичностью рабочего места водителя, маневренностью, устойчивостью, скоростными и тормозными свойствами автомобиля.

Пассивная безопасность автомобиля - это его свойство снижать уровень тяжести последствий ДТП. Пассивную безопасность обеспечивают мероприятия, направленные на снижение травматизма водителя и пассажиров, организация сохранности грузов, а также снижение травматизма людей, находящихся вне автомобиля при ДТП.

Послеаварийная безопасность автомобиля - это его способность снизить тяжесть последствий аварии, зависит от наличия медицинской аптечки и огнетушителя, возможности эвакуации пострадавших и т. п.

Экологическая безопасность автомобиля определяется степенью вредного влияния на окружающую среду при его эксплуатации.

Требования безопасности определяются ГОСТами, требованиями ЕЭК ООН и должны учитываться не только при конструировании транспортного средства, но и контролироваться при его эксплуатации.

Различные требования безопасности нередко вступают в противоречия между собой, и реализовать их в полном объеме невозможно. Поэтому процесс конструирования автомобиля основан на принятии компромиссных решений, которые обеспечивают оптимальное сочетание различных свойств транспортного средства, отвечающих его назначению и предъявляемым к нему требованиям.

Автомобили имеют ограничения:

по габаритным размерам;

по массе;

по осевой нагрузке на дорогу.

Эти ограничения учитываются при строительстве дорог и дорожных сооружений.

Значения некоторых ограничений в конструкции автомобилей приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 - Значения некоторых конструктивных параметров автомобилей в Казахстане и за рубежом

1.1.2 Определения эксплуатационных свойств автомобиля

Тяговые свойства автомобиля - совокупность свойств, определяющих возможные по характеристикам двигателя или сцепления ведущих колес с дорогой, диапазоны изменения скоростей движения и предельные интенсивности разгона автомобиля при его работе тяговом режиме в различных дорожных условиях.

Тяговым режимом считается режим работы двигателя, при котором от двигателя к ведущим колесам подводится мощность, достаточная для преодоления сопротивления движению.

Чем тяжелее дорожные условия, тем меньше диапазон возможных скоростей и меньше возможность ускорения. В некоторых условиях, называемых предельными, диапазон скоростей снижается до одного значения. При более тяжелых условиях движение невозможно.

Динамичность - свойство автомобиля перевозить грузы и пассажиров с максимально возможной средней скоростью. Чем выше динамичность автомобиля, тем больше его производительность. Динамичность автомобиля во многом зависит от его тяговых и тормозных свойств.

Топливная экономичность - свойство автомобиля рационально использовать энергию топлива при выполнении единицы транспортной работы. Снижение расходов топлива транспортными средствами является важнейшей задачей. От того, насколько экономичен автомобиль, зависит себестоимость автоперевозок.

Управляемость - способность автомобиля сохранять заданное направление движения или изменять его при воздействии водителя на рулевое управление автомобиля. Управляемость зависит от конструкции автомобиля, технического состояния рулевого управления, подвески и шин, а также условий окружающей среды.

Устойчивость - свойство автомобиля сохранять направление движения и противодействовать силам, стремящимся увести в сторону или опрокинуть автомобиль. Управляемость и устойчивость тесно связаны друг с другом. Устойчивость вместе с управляемостью и тормозной динамичностью автомобиля обусловливают безопасность движения.

Проходимость - свойство автомобиля свободно двигаться по плохим (разбитым, размокшим) дорогам в пересеченной местности, преодолевая естественные и искусственные препятствия (канавы, рвы, пороги) без вспомогательных устройств и посторонней помощи.

Проходимость является одним основных эксплуатационных свойств, определяющих эффективность использования данного транспортного средства. Этим качеством должны обладать автомобили всех типов, но в зависимости от их назначения - в различной степени.

Автомобили обычной проходимости предназначены для движения по шоссейным и грунтовым дорогам. К ним относятся автомобили общетранспортного назначения колесной формулой 4×2 или 6×4 с обычными тороидными или низкопрофильными шинами и не блокируемыми дифференциалами.

К автомобилям повышенной проходимости относятся автомобили колесной формулой 4×4, 6×4, 6×6 и т. д. с широкопрофильными шинами, шинами регулируемого давления воздуха, с частично или полностью блокируемыми дифференциалами.

К автомобилям высокой проходимости относятся полноприводные автомобили с шинами сверхнизкого давления, арочными шинами или пневмокатками. Эти автомобили могут быть плавающими и работать в особо тяжелых климатических условиях, например на севере.

Плавность хода - свойство автомобиля двигаться по дорогам и местности с заданными скоростями без толчков и колебаний кузова, которые могут нарушить нормальную работу механизмов автомобиля, оказывать вредное влияние на водителя и пассажиров.

Выступы и впадины от 100 м до 10 см называют микропрофилем дороги, который является основной причиной колебаний автомобиля на подвеске.

Мелкие неровности дорожной поверхности менее 10 см называются шероховатостью. Они могут создать высокочастотные вибрации отдельных элементов шасси и кузова автомобиля и высокий уровень шума как внутри кузова, так и вокруг машины.

Надежность - свойство автомобиля безотказно перевозить грузы и пассажиров в течение определенного срока и без ухудшения основных эксплуатационных показателей автотранспортного средства. Надежность - это совокупность свойств, которая может включать в себя безотказность, долговечность и ремонтопригодность объекта.

Безотказность - свойство автомобиля (двигателя) сохранять работоспособность в течение определенного интервала времени или пробега определенной величины.

Долговечность - свойство автомобиля сохранять работоспособность до определенного времени, когда установлено проведение технического обслуживания и ремонта автотранспортного средства.

Ремонтопригодность - приспособленность автомобиля к предупреждению, обнаружению и устранению неисправностей и отказов.

1.2 Влияние конструктивных факторов на тяговую динамичность автомобиля

При движении автомобиля на его тягово-динамические свойства влияют четыре фактора:

) конструктивные параметры автомобиля;

) тип и состояние дороги (оценивается параметром ψ);

3) состояние внешней среды (атмосферное давление и температура воздуха);

) квалификация водителя.

Первый фактор - конструктивный, он зависит:

от массы, размеров и формы автомобиля (оценочные параметры - масса автомобиля, его лобовая площадь, коэффициент обтекаемости);

от характеристики трансмиссии (оценочные параметры - передаточное число трансмиссии, КПД трансмиссии);

от характеристик двигателя (оценочные параметры - скоростная характеристика двигателя).

Увеличение массы автомобиля приводит к увеличению всех членов уравнения динамики прямолинейного движения, стоящих, т. е. к увеличению сил сопротивления движению. Следовательно, увеличение массы двигателя приводит к ухудшению его динамических свойств. Исключение здесь составляет частный случай, когда используется движение накатом за счет силы инерции.

Размеры и форма автомобиля оказывают влияние на силу сопротивления воздуха, которая находится в прямой зависимости как от площади лобового сечения, определяемой размерами автомобиля, так и от коэффициента обтекаемости определяемого формой автомобиля. Если размеры тягача связаны с грузоподъемностью и назначением автомобиля, то решение вопроса улучшения его обтекаемости, особенно передней части автомобиля, позволяет добиться существенного снижения Pω. Для улучшения обтекаемости переднюю часть кузова делают наклонной, ветровое стекло полукруглым, а крышу выпуклой.

Наиболее обтекаемая форма - это форма капли, но так как изготовление кузова автомобиля такой формы в настоящее время представляется экономически невыгодным, то у современных автомобилей такую форму имеют отдельные элементы облицовки. У грузовых автомобилей заметное снижение аэродинамического сопротивления дают скругление передних углов грузовой платформы.

Установка щитков-обтекателей на тягачах автопоездов существенно предотвращает интенсивное вихреобразование между кабиной и фургоном. Установка обтекателей на крыше тягача снижает силу сопротивления воздуха на 15-30 %, а обтекатель, установленный под передним буфером перед колесами, снижает аэродинамическое сопротивление на 10-15 %.

1.3 Тяговые показатели автопоездов

Использование прицепов и полуприцепов в составе автопоезда существенно повышает производительность автотранспортных средств и понижает удельные расходы на перевозку груза.

Однако тяговые возможности автопоездов по сравнению с одиночными автомобилями имеют отличия, которые заключаются в следующем:

увеличивается сила сопротивления воздуха вследствие увеличения вихреобразования в воздушных потоках и увеличения поверхности трения о слои воздуха (автопоезда, состоящего из одного тягача и прицепа, Pω увеличивается примерно на 25-30 % по сравнению с одиночным автомобилем, а при добавлении каждого последующего прицепа эта сила увеличивается на 15-20 %;

увеличивается коэффициент сопротивления качению колес автопоезда, который определяется из уравнения:

ап=fт+fпр,(1.1)

где fт и fпр - коэффициенты сопротивления качению соответственно тягача и прицепа.

Кроме обычного суммирования коэффициентов в результате увеличения числа участвующих в движении колес коэффициент fап увеличивается из-за возрастания fт в результате гистерезисных потерь в шинах вследствие увеличения силы тяги. Так на горизонтальной дороге применение одного прицепа увеличивает коэффициент сопротивления качению на 5-10 %. На дороге с крутыми подъемами он выше почти вдвое. Чтобы проанализировать динамические возможности автопоезда используют его динамическую характеристику с номограммой нагрузок. При построении номограммы нагрузок за 100 % принимается сила тяжести тягача с полной нагрузкой, а полная нагрузка в процентах получается суммированием силы тяжести прицепа с силой тяжести тягача. Динамический паспорт автопоезда определяется по формуле:

ап=(Pт-Pω)/Gап=(ψ+δапJ)g,(1.2)

где δап - коэффициент учета вращающихся масс автопоезда. При равномерном движении и без учета Pω

ап=Pт/Gап=ψ(1.3)

2. КОНСТРКТИВНАЯ ЧАСТЬ

.1 Обзор конструкций обтекателей

Применяемые в настоящее время виды аэродинамических обтекателей разделяются на две группы: обтекатели, устанавливаемые на крыше кабины тягача, и обтекатели, устанавливаемые на полуприцепе.

В свою очередь, обтекатели, устанавливаемые на кабине тягача можно условно разделить на:

обтекатели с плоскими отражающими плоскостями (условно называемые обтекатели типа Airshield-«воздушный щит»);

объемные обтекатели (условно - типа Dragfoiler);

устройства, служащие для создания устойчивых вихревых зон потоков воздуха, выполняющих роль объемных обтекателей (условно - типа «вихреобразователь»).

Обтекатели, устанавливаемые на полуприцепе условно делим на:

обтекатели, изменяющие конфигурацию лобовой поверхности полуприцепа (условно - типа Nose Cones-«носовой конус»);

обтекатели, организующие поток воздуха в зазоре между кабиной и полуприцепом при боковом ветре (условно - типа Vortex Stabilizer-«стабилизатор»);

обтекатели, выполняющие функцию организатора воздушных потоков на ребрах полуприцепа (условно - типа «аэродинамический экран»).

Обтекатель Airsheld

Обтекатель имеет вид плоского экрана, устанавливаемого наклонно, в задней части крыши кабины тягача с минимальным зазором. Размеры и угол наклона его, зависят от разности высоты кабины тягача и полуприцепа, а также от расстояния между кабиной тягача и полуприцепа автопоезда. Материалом для его изготовления служит либо листовой металл, либо полимерный материал.

Принцип работы обтекателя данного типа состоит в том, что он изменяет направление воздушного потока, проходящего над кабиной тягача, и упорядочивает движение вихрей воздушных струй за кабиной тягача перед передней стенкой полуприцепа, не позволяя им срываться и дезорганизовывать процесс обтекания передней стенки и крыши полуприцепа. На поддержание же самих стационарных вихрей расходуется, по-видимому, незначительное количество энергии.

Исходя из зарубежных данных, высоту обтекателя рекомендуется выбирать равной 2/3 или 68 % величины перепада высоты крыши кабины и полуприцепа.

Обтекатели такого типа при наличии бокового ветра более эффективны в сочетании с обтекателем типа Vortex Stabilizer, но при этом возникают определенные трудности в обеспечении эффективности обтекателя, при работе со сменными полуприцепами. В связи с этим в последнее время появляются складывающиеся обтекатели такого типа. При этом плоский экран устанавливается шарнирно в задней части кабины на пружинах. На стоянке и при небольшой скорости движения экран находится в вертикальном положении. При увеличении скорости движения под действием воздушного потока экран, поворачиваясь на шарнире, наклоняется назад, преодолевая усилия пружин, и одновременно раскрывает вертикальные щитки, укрепленные на вертикальных шарнирах на задней стенке кабины.

Обтекатели типа Dragfoiler

Обтекатели такого типа построены по тому же принципу, что и обтекатели типа Airshield, но выполнены в виде пространственной конструкции, крепящиеся в передней части кабины и занимающей почти всю длину крыши.

Первоначально исследовавшийся обтекатель такого типа в виде клина с открытыми боковыми сторонами не нашел применения.

В ходе дальнейших работ были введены боковые панели, передняя часть обтекателя была сужена, а форма боковых панелей стала выпукло-вогнутой. Если сначала верхняя сторона обтекателя доходила до крыши полуприцепа, то затем при дальнейших исследованиях проводилось постепенное ее укорачивание. Фирмой GMC было установлено, что оптимальная величина отношения ширины передней части обтекателя и задней составляет 3/8. Оптимальный угол наклона верхней части обтекателя равен 24°. Изменение скоса задней части обтекателя и линий изгиба боковых сторон не оказали существенного влияния на величину аэродинамического сопротивления.

Последней доработкой обтекателя была модификация позволяющая размещать на крыше кабины тягача кондиционер, а также блок центральных фонарей. У этой модификации обтекателя средняя часть имеет углубление в виде широкого канала такого вида, что обнажается передняя часть крыши, обе боковые стороны закрыты, а канал постепенно сходит на нет. Испытания показали, что наличие канала не оказало ощутимого влияния на величину аэродинамического сопротивления.

Обтекатели типа «вихреобразователь»

Обтекатель состоит из экрана, устанавливаемого наклонно в передней части кабины.

Он служит:

во-первых, для изменения направления потока воздуха, проходящего над крышей кабины тягача;

во-вторых, для создания над кабиной тягача вихря, выполняющего роль объемного обтекателя.

Для повышения устойчивости продольные экраны, являющиеся продолжением боковых стенок кабины, причем высота их увеличивается по мере приближения к передней стенке полуприцепа. Эти экраны имеют продолжение, за кабину тягача вдоль ее задних вертикальных ребер для стабилизации вихря в зазоре между кабиной тягача и полуприцепом, а также для повышения эффективности работы обтекателя при боковом ветре.

Обтекатели типа Nose Cones

Обтекатель предназначен для улучшения аэродинамических качеств полуприцепа путем придания обтекаемых форм передней стенке полуприцепа. Имеет вид полусферической или близкой по очертаниям к ней конструкции, изготовленной из листового металла, монтируемой на передней стенке полуприцепа [1].

Следует отметить, что применение этих обтекателей повышает эффективность работы автопоездов при организации перевозок со сменными полуприцепами, когда разнотипные седельные тягачи, отличающиеся местом расположения седельно-сцепного устройства, высотой крыши кабины, формы кабины со спальным местом и без него, размером кабины по длине и т.д., работают на плечевых перевозках с полуприцепами также различных форм и размеров. Применение обтекателей, устанавливаемых на крыше тягача, потребовало бы в этом случае регулировки обтекателя по высоте и углу наклона при каждой перецепке полуприцепа.

Судя по зарубежным данным обтекатели типа Nose Cones достаточно эффективны и при боковом ветре, повышая курсовую устойчивость.

Обтекатели типа Vortex Stabilizer

Обтекатели этого типа применяются в сочетании с обтекателями типа Airshield. У них узкая задача - препятствовать образованию вихрей в зазоре между кабиной и полуприцепом или между кузовом автомобиля и прицепом при боковом ветре.

Обтекатель представляет собой вертикальную пластину, обычно клинообразного сечения, устанавливаемую на передней стенке полуприцепа (прицепа) вдоль оси симметрии, изготовленную из полимерных материалов, реже из металла [1].

Иногда обтекатель устанавливается на заднюю стенку кабины тягача. При применении обтекателя типа Airshield на одиночных автомобилях - фургонах, обтекатель типа Vortex Stabilizer нередко устанавливают сзади обтекателя Airshield [1].

Обтекатели типа «аэродинамический экран»

Поскольку полуприцепы имеют относительно острые кромки на ребрах передней стенки, воздушный поток при обтекании полуприцепов завихряется, что вызывает затраты мощности т.е. повышение аэродинамического сопротивления.

Ряд американских фирм (Systems, Science and Software, Ryder) применил обтекатели в виде изогнутых щитков из листового металла, устанавливаемых вдоль передней верхней кромки полуприцепа на некотором расстоянии от нее, причем расстояние от передней кромки пластины до передней стенке полуприцепа больше, чем расстояние от задней кромки пластины до крыши полуприцепа. Таким образом, вдоль по верхнему ребру полуприцепа образуется щелевой канал с уменьшающимся просветом, что повышает скорость потока и благоприятствует процессу обтекания полуприцепа. Подобный тип обтекателя получил название Airvane [1].

Аналогичный обтекатель, установленный как по верхнему переднему ребру полуприцепа, так и по боковым передним его ребрам, называют S3-Airvanes [1].

Судя по конструкции обтекателя, помимо улучшения обтекаемости передних острых кромок полуприцепа, подобные обтекатели способствуют созданию застойной зоны воздуха на передней стенке полуприцепа, играющей роль объемного обтекателя типа Nose Cones.

Другие типы обтекателей

Особенно ярко идея создания застойной зоны воздуха на передней стенке полуприцепа прослеживается в конструкции обтекателя типа Aerobost, представляющего собой полуцилиндрическую поверхность относительно большего радиуса. Обтекатель устанавливается как вдоль верхнего переднего ребра полуприцепа, так и по боковым его ребрам.

В сочетании с обтекателем типа «вихреобразователь» применяется стабилизатор в виде двух вертикальных экранов и одного поперечного верхнего экрана, устанавливаемых на передней стенке полуприцепа с целью стабилизации вихрей и повышения эффективности обтекателя при боковом ветре. Расстояние между вертикальными экранами несколько меньше ширины кабины. Верхний экран располагается выше крыши кабины.

Сообщалось о попытке уменьшения аэродинамического сопротивления автопоезда путем установки на крышу кабины обтекателя типа «пористый экран», представляющего собой вертикальный щит, имеющий круглые отверстия. Поток воздуха, проходя через «пористый экран», дробится и гасит скорость так, что сила воздействия воздуха на переднюю стенку полуприцепа ослабевает.

Известна попытка уменьшить аэродинамические сопротивления за счет полного устранения зазора между кабиной и полуприцепом путем создания обтекаемого «кожуха», обеспечивающего также плавный переход между крышей тягача и крышей полуприцепа. Однако подобное приспособление слишком громоздко и затрудняет маневрирование автопоезда.

Французская фирма SERA рекомендует установку на крыше полуприцепа вдоль верхней кромки задней стенки устройства в виде валика или изогнутой пластины. Этим улучшаются условия срыва потока воздуха и достигается уменьшение разряжения за полуприцепом.

Сообщалось также об обтекателе в виде клина, устанавливаемого на крышу тягача, образованного двумя наклонно установленными вогнутыми поверхностями с углом на вершине, большим 90°-Snow-plow и Air-Flo [1].

2.2 Результаты зарубежных исследований

Следует считать доказанной [17] весьма узкую область использования для практических целей результатов продувки масштабных моделей грузовых автомобилей и автопоездов в аэродинамических трубах, поскольку получаемые данные, как правило, количественно, а иногда и качественно отличаются от дорожных исследований аэродинамических качеств автомобилей. Дорожные исследования в этой области к настоящему времени уже получили широкое развитие, и при анализе зарубежной информации им, как обеспечивающим большую достоверность, безусловно, должно быть оказано предпочтение.

С другой стороны, среди результатов дорожных исследований и испытаний наиболее интересны сведения о влиянии аэродинамических качеств автотранспортных средств на их расход топлива, как конечный и наиболее объективный показатель эффективности различных путей снижения аэродинамического сопротивления, учитывающий то важное обстоятельство, что сопротивление воздуха определяет только часть мощности, затрачиваемой на движение, и его влияние на расход топлива может быть существенно занижено, если доля аэродинамического сопротивления, в общем мощностном балансе, относительно мала.

В этой связи укажем также, что насколько известно, по сообщениям печати, за рубежом применительно дорожным экспериментам мало разрабатывались обладающие требуемой точностью способы выделения аэродинамического сопротивления как отдельной составляющей сопротивления движению грузового автомобиля. Поэтому зарубежные данные по аэродинамическому сопротивлению автомобилей (или величине его снижения), опубликованные как результаты дорожных исследований без указания применявшихся методов, следует воспринимать как нуждающиеся в дополнительном уточнении.

Оценить разноречивость результатов, полученных зарубежными фирмами при изучении влияния установки обтекателей различного вида на расход топлива автотранспортными средствами, весьма затруднительно из-за реферативности публикаций, и, как правило, отсутствия в них ряда существенных данных, в частности, по скоростным режимам движения, дорожной ситуации (загрузка дороги транспортом), погодным условиям (скорость и направление ветра и т.п.), общей массе автомобиля (автопоезда) и т.д.

Принципиальное значение для объективной оценки влияния аэродинамических устройств на экономию расхода топлива имеет последний из указанный факторов - общая масса автотранспортного средства. Дело в том, что часто эксперименты проводят без груза в кузове автомобиля или без прицепа (полуприцепа). В этом случае удельный вес аэродинамического сопротивления в сопротивлении движению резко увеличивается, и можно получить весьма значительную величину экономии топлива от установки аэродинамических устройств. Однако ясно, что для определения эффективности этих устройств при перевозках на скоростных магистралях, где применяются главным образом большегрузные автопоезда, следует принимать в расчет в качестве основного варианта использование автомобиля в составе автопоезда, с номинальным грузом. В этом случае экономия топлива от применения аэродинамических устройств при прочих равных условиях значительно ниже, чем в ненагруженном состоянии.

Исходя из изложенного осредненная оценка результатов испытаний аэродинамических устройств за рубежом может быть весьма условной, поскольку осреднение по массе автотранспортных средств, их скорости, погодных условий при испытаниях, а отклонения от среднего по этим параметрам остаются неизвестными.

Экономия топлива составляет при обтекателе:

типа Airshield от 2 до 12 % (наиболее достоверно 4-6 %);

типа Airsheld в сочетании с обтекателем типа Vortex Stabilizer от 4 до 20 % (наиболее достоверно 6-9 %);

типа Dragfoiler от 8,5 до 13 % (наиболее достоверно 9-10 % );

типа «вихреобразователь» от 2,6 до 12 % (наиболее достоверно 2,6-3,7 %);

типа Nose Cones от 7 до 23 % (наиболее достоверно 7-9 %);

типа «аэродинамический экран» ориентировочно менее 2 %.

С конструктивной и технологической точки зрения проще других обтекатель типа Airshield, незначительно сложнее его Dragfoiler . Наиболее материалоемким и трудоемким в изготовлении, по-видимому, обтекатель типа является Nose Cones.

В заключении отметим, что применительно к отечественным дорожным условиям невозможно прямое использование зарубежных количественных результатов изучение влияния аэродинамических устройств на расход топлива грузовых автомобилей и автопоездов.

Следует ожидать, что при прочих равных факторах экономия топлива от установки на грузовых автомобилях, определяемая в отечественных дорожных условиях эксплуатации, будет ниже, чем зарубежных условиях, из-за более жесткого законодательного ограничения с максимальной скоростью и значительно меньшей протяженности многополостных дорог высшей категории, где незначительно влияния встречного и попутного транспорта на достижение наивысшей разрешаемой скорости.

2.3 Результаты отечественных исследований

Как было показано выше, одним рациональных способов снижения аэродинамического сопротивления автомобилей, имеющих выступающий выше кабины кузов, является установка аэродинамического обтекателя на крыше кабины.

Исследования наиболее простых по конструкции обтекателей - типа Airsheld - проведены в НАМИ. [18]

Исследовали обтекатели двух видов.

Обтекатель типа 1 состоял из нескольких наклонных стоек, к которым крепились плоские экраны длиной 0,5; 0,6; 0,8; 1 м и шириной 1,5 м. Каждый из экранов испытывался пяти углах наклона относительно крыши кабины: 40, 50, 60, 70 и 80°.

Обтекатель типа 2 представлял собой закрытую с боков призму шириной 2 м, полностью перекрывающую расстояние от передней части кабины до верхней кромки стенки кузова-фургона, равное 1,7 м (угол наклона экранизирующей плоскости относительно крыши кабины составил 35°).

Обтекатели устанавливались на трехосный грузовой автомобиль группы А, имевший превышение кузова-фургона над кабиной 0,98 м. Исследования проведены на скоростной и динамометрической дорогах автополигона НАМИ при массе автомобиля 10 и 20 т по методике, изложенной в работе [19].

Наибольшую эффективность показал обтекатель типа 1 длиной 0,8м при наклоне 60°; он обеспечил снижение коэффициента сопротивления воздуха объекта исследований на 26,2 %. Несколько хуже, но близкие к этому результату были получены при углах наклона экрана той же длины 40, 50 и 70 %. При угле наклона 80 % эффективность обтекателя снизилась в двое. Обтекатели с длиной экрана 0,5; 0,6; 0,8 и 1 м для достижения лучшей эффективности установку под углами 75, 70, 60 и 40° соответственно.

Применение обтекателя типа 2 позволило снизить величину коэффициента сопротивления воздуха на 28 %, т.е. практически на столько же, что и лучший обтекатель типа 1. Близкими оказались и значения относительного расхода топлива автомобилем, полученные при установке того и другого обтекателя в сравнительных заездах со скоростью 80 км/ч: 10,5 % в первом случае и около 10 % во втором. Увеличение массы автомобиля с 10 до 20 т, естественно, понизило величину экономии топлива от установки обтекателя с 8,2 до 6,1 % при скорости 70 км/ч и с 6,4 до 5 % при скорости 60 км/ч.

Время разгона автомобиля массой 20 т, оборудованного обтекателем типа 2, в диапазоне скоростей 40-80 км/ч оказалось на 2-6 % выше, чем у стандартного. Автомобиль с обтекателем имел на 3,5 % более высокую максимальную скорость (86 км/ч против 83 км/ч).

В заездах протяженностью 250 км по скоростной дороге автополигона НАМИ при максимальной скорости, определяемой возможностями автомобиля, установка обтекателя типа 2 обеспечила экономию топлива 6,2 %.

Если повысить полную массу автомобиля до величины, обычно регламентируемой для трехосных автомобилей группы А (22 или 24 т), и затем, идя далее, использовать этот автомобиль в качестве тягача для буксировки автопоезда полной массой до 52 т (по ГОСТу 9314-59), то можно ожидать, что экономия топлива, получаемая при ограничении скорости значением 70 км/ч, составит при установке обтекателя типа Airshield не более 1,5-2 %.

Вопросы методов выбора целесообразной формы обтекателя объемного типа, как указывалось, находятся лишь в стадии изучения; ясно, что эти методы должны учитывать силуэт кабины и форму кузова, расстояние от задней стенки кабины до передней стенки кузова, величину превышения кузова над кабиной, соотношение ширины кабины и кузова и другие конструктивные факторы конкретного автомобиля.

При определенных учетах указанных факторов в НАМИ был спроектирован и изготовлен применительно к конкретному седельному тягачу с автопоездом обтекатель из стеклопластика толщиной 4-5 мм для установки на кабину тягача [1]. Передняя часть обтекателя сужена, боковые панели имеют вогнутую форму, верхняя панель - выпуклую. Верхняя кромка обтекателя ниже крыши кузова полуприцепа на 192 мм, средняя часть имеет углубление в виде широкого канала для размещения на крыше тягача блока центральных фонарей (знака автопоезда). Масса обтекателя 12 кг.

Выбор седельного автопоезда в качестве основного объекта для исследования основывался, в первую очередь тем обстоятельством, что данные автопоезда наиболее перспективны для дальних магистральных поездок. Одновременно учитывалось, постоянное наличие прицепного звена (полуприцепа) при эксплуатации седельного тягача в отличие от бортового автомобиля, который нередко эксплуатируется без прицепа, позволяет объективно оценить влияние обтекателя при максимально возможной величине сопротивления качению шин, являющейся, обычно, наиболее существенной составляющей суммарного сопротивлению движения: удельный вес аэродинамического сопротивления в мощностном балансе такого автопоезда значительно меньше, чем у одиночного автомобиля, в связи с чем установка обтекателя на автопоезде соответствует реальному, хотя и не по самому выгодному с этой точки зрения варианту.

Вместе с тем с целью установления эффективности использования на бортовых автомобилях обтекателя, спроектированного для седельного автопоезда, ряд сравнительных экспериментов был выполнен также на двух одиночных бортовых автомобилях. Опыты проводились попеременно с обтекателем и без него и включали определение расхода топлива при установившемся движении и при эксплуатационных заездах в различных условиях.

Объекты исследований оборудованы кабинами переднего расположения.

Автопоезд А в составе трехосного тягача типа 6×4 и двухосного полуприцепа имел массу 39 т. Кузов полуприцепа цельнометаллический, с закругленными кромками, расстояние от задней стенки кабины до передней стенки кузова 1700 мм, превышение кузова над кабиной 1020 мм.

Бортовые автомобили оборудованы тентом кузова. Автомобиль Б, типа 6´2, имел массу 22 т и тент, отвечающий требованиям TIR; превышение кузова над кабиной 840мм. Автомобиль В типа 6´4, массой 16,4т и превышением кузова над кабиной 760мм. Расстояние от задней стеки кабины до передней стенки кузова для автомобиля Б составляет 400 мм, для автомобиля В - 350 мм.

Значение массы у всех объектов исследования соответствовали их груженому состоянию.

Результаты определения топливных характеристик установившегося движения на высшей передаче в трансмиссии зависимости величины экономии топлива DQ/Q от установки обтекателя в функции скорости [1] показательны с той точки зрения, что они получены в полностью сопоставимых условиях для состояния с обтекателем и без него, так как факторы дорожных ситуаций, имеющие случайный характер, здесь исключены. Опыты проведены на динамометрической дороге автополигона в прямом и обратном направлениях с трехкратным повторением диапазоне скоростей, обусловленном техническими возможностями объектов исследования.

Интересно, зависимость величины экономии топлива от скорости у всех объектов оказалось практически линейной с уменьшением интенсивности роста за зоной скоростей 70-75 км/ч. Отметим результаты, полученные при скорости 70 км/ч, являющейся ограничением для грузовых автомобилей в нашей стране в соответствии с действующими правилами: на автопоезде А экономия составила 5,5 %, на автомобиле Б - 4,4 %, В - 7 %. Отдельно выполненные по методике [19] эксперименты показали, что абсолютная величина потерь в шинах автопоезда почти вдвое превышает аналогичные потери у автомобилей Б и В (в первую очередь за счет наличия полуприцепа), в то время как один из главных факторов, определяющих аэродинамическое сопротивление - площадь проекции автомобиля на плоскость, перпендикулярную к продольной оси - имеет близкие значения для всех объектов исследования. Но хотя удельный вес аэродинамического сопротивления в мощностном балансе автопоезда А ниже, чем на объектах Б и В, уменьшить его за счет обтекателя удалось на большую абсолютную величину. Это позволяет оценить эффективность установки данного конкретного обтекателя на автопоезде А как наиболее высокую.

Эксплуатационные заезды автопоезда А проводились по кольцевой испытательной дороге в слабохолмистой местности с тремя полосами одностороннего движения; крутизна уклонов не более 4 %,цементобетонное покрытие в хорошем состоянии; помехи от попутного транспорта малоощутимы [20].

Как показывает опыт эксплуатация автопоездов с высокой удельной мощностью на отечественных дорогах высших технических категорий [21], их средняя скорость при отсутствии помех со стороны другого транспорта может превышать 70 км/ч без отрицательных последствий для безопасности движения. Аналогичное явление (превышение регламентированной скорости) имеет место и в других странах, что отмечено в частности, в работе.[21]

2.4 Выбор типа обтекателя

На основании обзора обтекателей, а также данных зарубежных испытаний и результатов отечественных исследований аэродинамических обтекателей к грузовым автомобилям выбираем тип обтекателя, к примеру, для автомобиля КамАЗ-4310.

Основные размеры автомобиля КамАЗ-4310:

Длина - 7240 мм;

Высота кабины - 2630 мм;

База: между передней и средней осью - 2840 мм;

между средней и задней осью - 1320 мм;

Ширина кабины - 2100 мм;

Грузоподъемность - 8000 кг.

Размеры тента:

Длина - 6520 мм;

Ширина - 2500 мм;

Высота - 2438.

Превышение тента над кабиной - 1303 мм.

Исходя из вышеизложенного, для данного автопоезда наиболее выгодным будет обтекатель типа Airshield в связи с относительной простотой конструкции и технологии изготовления [1], сравнительно небольшой ценой материала изготовления и довольно высоким экономическим эффектом от экономии топлива (15-20 %) [1].

Описание обтекателя

Обтекатель представляет собой стальной лист, подогнутый с боков таким образом, что закрывает пространство за лобовой поверхностью обтекателя от бокового ветра. Стальной лист крепится к каркасу болтами М8. Каркас изготовлен из восьми уголков разной длины с помощью сварки. Для уменьшения жесткости крепления между стальным каркасом и крышей кабины прокладываем резиновые подушки, это также требуется для выравнивания обтекателя по горизонтали относительно крыши кабины, что необходимо для наибольшей эффективности работы обтекателя (рисунок 2.1).

Опорные уголки-стойки расположены таким образом, что они не испытывают напряжения на изгиб, а основная нагрузка воспринимается торцами, что обеспечивает достаточную прочность конструкции.

Рисунок 2.1 - Общий вид и место установки обтекателя

Большую часть нагрузки воспринимают уголки, являющиеся основанием каркаса, часть нагрузки приходится на сварочные швы (расчет сварочных швов).

Обтекатель устанавливается на задней части крыши кабины для уменьшения пространства между обтекателем и передней частью кузова, что улучшает процесс обтекания последнего, а также для того, чтобы не заслонять люки для вентиляции кабины, расположенные в передней ее части.

Обтекатель не должен иметь острых кромок и заусенцев. Поверхность листа обтекателя не имеет дополнительной механической обработки. Обтекатель должен быть окрашен согласно ГОСТ 12.4.026-76.

2.5 Расчет основных тяговых показателей автомобиля и двигателя

.5.1 Определение полной массы автомобиля и распределение её по мостам

=mc+mг+80zn;(2.1)

где zn - число пассажиров, включая водителя;- масса снаряжённого автомобиля;г - масса груза

=8020+5500+80·3=13760 кг

Нагрузка на задний мост 2/3ma=9174 кг, нагрузка на передний мост равна 4586 кг, нагрузка на одно колесо равна 2293,5 кг.

Выбираем шины с регулируемым давлением и рисунком протектора повышенной проходимости (ГОСТ 13298-78) 370-508 (14,00-20) статический радиус rc=0,583 м.

2.5.2 Подбор внешней характеристики двигателя

Расчёт начинаем с определения мощности двигателя, необходимой для обеспечения движения с заданной максимальной скоростью.

(2.2)

где Ga - полный вес автотранспортного средства, Н;- коэффициент сопротивления качению при максимальной скорости;- максимальная скорость, м/с;

К=0,7 - коэффициент обтекаемости, нс2/н4- лобовая площадь автомобиля, м2;

hтр=0,83 КПД трансмиссии;

Кр=0,95 - коэффициент коррекции, учитывающий особенность стандарта, по которому была снята внешняя скоростная характеристика.

Значения fv определяются выражением:

(2.3)

где f=0,2 - коэффициент сопротивлению качению

Лобовая площадь определяется:

=Bk H(2.4)

где Bk=2 - колея автомобиля, м;

Н=2,87 - наибольшая высота автомобиля, м;

Пользуясь эмпирической формулой С.Р. Лейдермана, находят максимальную мощность двигателя:

=2000·2850=5,74 м2

(2.5)

где a, b, c, - эмпирические коэффициенты;

для четырехтактных дизелей:

=0,53;=1,56;=1,09;

- отношение частот вращения вала двигателя при максимальной скорости и максимальной мощности, 0,9-1 для грузовых автомобилей с дизельным двигателем

Для построения внешней характеристики при известной мощности и выбранных коэффициентах a, b, c, воспользуемся следующим выражением:

(2.6)

где ne - текущее значение частоты вращения вала двигателя

Кривая зависимости крутящего момента двигателя от частоты вращения вала рассчитываем по формуле:

М=9550·Nе/ne(2.7)

М=9550·24/540=440,8 H·м

Результаты расчётов Ne и Me сводим в таблицу 2.1

Таблица 2.1 - Результаты расчетов для двигателя

2.5.3 Выбор передаточных чисел трансмиссии

Передаточное число главной передачи определяют из условия обеспечения максимальной скорости на вышей передаче коробки передач.

(2.8)

где iкв=0,7-передаточное число коробки на высшей передаче;дк=1,3-высшая передача дополнительной коробки;к=0,583-радиус качения колеса, м

2.5.4 Выбор ступеней и передаточных чисел коробки передач

Передаточное число ступеней i первой передачи определяется из условия обеспечения движения по дорогам с заданным ymax

;(2.9)

где ymax - суммарный коэффициент сопротивления дороги

Полученное передаточное число на первой передаче надо проверить по условиям отсутствия буксования. Буксования не будет, если выполнено неравенство:

=iгл·iдк·iк1·тр·Kр/rk£Pтсц(2.10)

где Рт сц - сила тяги по сцеплению

Рт сц=137600·0,7=96,32 кНmax=7,87·1,3·5,62·0,85·0,95/0,583=79,64 Н·м

(2.11)

где Gb - вес, приходящийся на ведущие колеса;

jх - коэффициент сцепления шин с дорогой

Условие выполняется

(2.12)

где m - номер произвольной промежуточной передачи;- число ступеней в коробке передач, не считая ускоряющей передачи и заднего хода.

=3,16

=1,8=1=0,7

2.5.5 Тяговый баланс автомобиля

Расчёт и построение тягового баланса автомобиля выполняют в соответствии с формулой:

Рт=Рf+Рв+Рп+Рi(2.13)

где Рт - тяговая сила, Н

Рf - сила сопротивления качению, Н;

Рв - сила сопротивления воздуха, Н;

Рп - сила сопротивления подъёму, Н;

Рi - сила инерции (ускорения или замедления), Н;

Составляющие тягового баланса определяются формулами:

;(2.14)

Для случая движения автомобиля по горизонтальному участку Pп=0

При построении тягового баланса необходимо определить скорость движения автомобиля для всех расчетных частей вращения коленчатого вала на различных передачах.

;(2.18)

=0,6 м/с

Результаты расчётов сводим в таблицу 2.2 и строится тяговая характеристика автомобиля для всех ступеней.

Таблица 2.2 - Значения тяговых расчетов

2.5.6 Мощностной баланс автомобиля

Баланс мощности автомобиля рассчитывается по формуле:

Nт=NehTp=Nf+Nв+Nn+Ni(2.19)

где Nт - мощность, приведенная к ведущим колесам автомобиля, кВт;- мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления качению, кВт;в - мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления воздуха, кВт;п - мощность, затрачиваемая на преодоление подъёма, кВт;мощность, затрачиваемая на разгон автомобиля, кВт.

Составляющие мощностного баланса определяются:

=Pf·V;(2.20)в=Pв·V;(2.21)п=Pп·V;(2.22)

Результаты расчётов сводим в таблицу 2.3.

Таблица 2.3 - Значения расчета мощностного баланса

2.5.7 Динамический паспорт автомобиля

Динамический паспорт представляет собой совокупность динамической характеристики с номограммой нагрузок. Динамическая характеристика определяется выражением:

;(2.23)

Динамическую характеристику строят для автомобиля с полной нагрузкой. С изменение веса от Ga до G0 (порожнего) D изменяется и его можно определить по формуле:

;(2.24)

Результаты расчётов сводим в таблицу 2.4.

Таблица 2.4 - Данные расчета динамической характеристики

По результатам вычислений строят динамическую характеристику с номограммой нагрузок.

Масштаб шкалы D0 определяют по формуле:

;(2.25)

где а - масштаб шкалы D для автомобиля с полной нагрузкой

2.5.8 Ускорение автомобиля

Ускорение находят по выражению:

;(2.26)

- коэффициент учета вращающихся масс.

Коэффициент  определяют по выражению:

=1,04+0,04 i2кп(2.27)

=1,04+0,04 5,692=2,34

Полученные результаты сводим в таблицу 2.5.

Таблица 2.5 - Данные расчета ускорений

2.5.9 Топливная экономичность автомобиля

(2.28)

где ge-удельный эффективный расход топлива, г/кВт·ч;

rт=850 г/л-плотность топлива;мощность, расходуемая для преодоления сопротивления дороги, кВт.

=(1,05~1,15)·gmin Kob·Kи(2.29)

где Kob и Kи - коэффициенты, учитывающие соответственно изменения ge в зависимости от частоты вращения вала двигателя и степени использования мощности.

=Ga·y·V;(2.30)

При движении по горизонтальному участку дороги y=f

Полученные результаты сводим в таблицу 2.6.

Таблица 2.6 - Расчетные данные коэффициентов y=f

Степень использования мощности может быть рассчитана по формуле

И=(2.31)

Таблица 2.7 - Степень использования мощности

=1,1·235·1,12·0,95=275,044

Данные расчётов заносим в таблицу 2.8

Таблица 2.8 - Данные топливной экономичности

2.6 Расчет обтекателя

В связи с тем, что высота тента больше высоты кабины на 1303 мм, что составляет 29 % от общей высоты, значит, площадь обтекателя будет на 29 % меньше общей лобовой поверхности автопоезда.

Согласно равенства:

=Н×В×c,(2.32)

где Н - высота автопоезда (Н=3933 мм); (таблица 2.9)

В - ширина автопоезда (В=2500 мм);

c - коэффициент неравномерности распределения площади (c=0,9).

Найдем лобовую площадь автопоезда:

Л.А=3933×2500×0,9=8849250 мм2»8,85 м2

Согласно вышеизложенному находим лобовую площадь обтекателя:

Л.ОБ=0,29FЛ.А=0,29×8,85=2,57 м2

Высота обтекателя должна составлять 68 % превышения высоты тента над высотой кабины автопоезда.

Значит, высота обтекателя будет равна:

НОБ=0,68НПК,(2.33)

где НПК -превышение высоты тента над кабиной автопоезда (НПК=1,303 м),

НОБ=0,68×1,303=0,866 м.

Техническая характеристика грузового автомобиля повышенной проходимости КАМАЗ-4310 приведена в таблице 2.9.

Таблица 2.9 - Техническая характеристика грузового автомобиля повышенной проходимости КАМАЗ-4310

Найдем высоту рабочей поверхности листа обтекателя из соотношения в прямоугольном треугольнике.

 ,(2.34)

где a - угол наклона рабочей поверхности обтекателя относительно его основания (a=50°)

НРП=0,866/0,766=1,157 м

Вычислим силу, действующую на обтекатель, для чего представим рабочую поверхность обтекателя вертикальной.

Общая высота кабины и рабочей поверхности обтекателя будет равна

НОБЩ=НД.К+НРП, м(2.35)

где НД.К.- действительная высота кабины.

НД.К.=НК-RК(2.36)

где НК - высота кабины от земли (НК=2,63 м);К - радиус колеса (RК=0,51 м).

НД.К.=2,63-0,51=2,12 м

Тогда:

НОБЩ=2,12+1,157=3,277 м

Суммарная площадь кабины и рабочей поверхности обтекателя

КS=НОБЩ×В×g, м2(2.37)

где В - ширина автопоезда (В=2,5 м);

g - коэффициент неравномерности распределения площади (g=0,75).

КS=3,277×2,5×0,75=6,144 м2

Сила сопротивления воздуха действующая на эту площадь

РW=kx×FKS×V2, Н(2.38)

где kх - коэффициент сопротивления воздуха, Н×с2×м-4 (kх=0,55);скорость движения автопоезда, м/с (V=22,22 м/с).

РW=0,55×6,144×22,222=1668,4 Н

Так как на обтекатель приходится 35,3 % общей высоты ([НРП/НОБЩ]·100 %), то и сила сопротивления воздуха приходящаяся на рабочую площадь обтекателя будет составлять 35,3 % от РW

РW0=0,353 Н(2.39)=588,95 H(2.40)

Но так как рабочая поверхность находится под углом 50° к основанию обтекателя или под углом 40° к лобовой поверхности кабины, то сила, действующая на обтекатель, будет равна:

РW0’=РW0×cos 40°=588,95×0,766=451,136 Н(2.41)

2.7 Расчет массы обтекателя и стоимости материала необходимого для его изготовления

Для того, чтобы посчитать массу листа обтекателя необходимо найти его общую площадь:

об. общ=FЛ.ОБ+2FБ.ОБТ, м2 (2.42)

где FЛ.ОБ - площадь лобовой поверхности обтекателя;Б.ОБТ - площадь боковой поверхности обтекателя.

Л.ОБ=НРП×ВОБ(2.43)

где ВОБ - ширина обтекателя (равна ширине крыши кабины, ВОБ=2,1 м)

Л.ОБ=1,157×2,1=2,43 м2

Так как FБ.ОБТ представляет собой прямоугольный треугольник, то

Б.ОБТ=0,5×lОБТ×НОБТ, м2(2.44)

где lОБТ - длина обтекателя, м

ОБТ=НРП×cos a ,м(2.45)

где a - угол между рабочей поверхностью обтекателя и его основанием

ОБТ=1,157·×0,64=0,74 м

тогда FБ.ОБТ=0,5·0,74·0,866=0,328 м2

так как у обтекателя две боковые поверхности, то при нахождении общей площади поверхности обтекателя необходимо FБ.ОБТ умножить на два.

ОБТ.ОБЩ=2,43+2·0,328=3,08 м2

Масса листа обтекателя найдется из равенства

=r·V, кг (2.46)

где r - плотность стального листа (r=7,8 т/м3);- объем листа обтекателя.

=FОБЩ·d, м3(2.47)

где d - толщина листа (d=1,5 мм);

=3,73×0,0015=4,6×10-3 м3

Тогда масса листа обтекателя

=4,6×10-3×7,8=0,03604 т=36,04 кг

Общая масса обтекателя

ОБТ=mЛ+mК, кг(2.48)

где mК - масса каркаса.

Каркас состоит из восьми уголков N 2,5 различной длины; общая длина всех уголков lУГ=5,02 м.

Масса одного погонного метра уголка mПОГ=1,46 кг [3].

Масса всех уголков

УГ=mПОГ·lУГ=1,46×5,02=7,33 кг

Тогда общая масса обтекателя

ОБТ=36,04+5,6=41,64 кг

Однако, так как лист требует дополнительной обработки: обрезки боковин под углом 50° и подгибки их, а как правило лист проката прямоугольный, то его площадь будет равна;

Л=FЛОБ.П+2FБ.П(2.49)

где - FЛОБ.П - площадь боковой поверхности (8.12);Б.П. - площадь боковых поверхностей листа до обрезки:

FБ.П.=·Hp.п.,(2.50)

где НР.П.- высота рабочей поверхности, м (8.3);ОБТ - длина обтекателя, м (8.14).

Б.П.=(0,74/0,64)×1,157=1,337 м2Л=2,43+2·1,337=5,105 м2

Найдем объем листа
Л=FЛ×dЛ(2.51)Л=5,105×0,0015=7,658×10-3 м3

Тогда масса листа обтекателя

Л=7,68×7,8=59,732 кг

Стоимость листа

СЛ=mЛ×ЦЛ(2.52)

где ЦЛ - цена 1 тонны листовой прокатной стали (Ст 3) толщиной 1,5 мм в тенге (ЦЛ=72500 тен.) [22].

С=59,732×10-3×72500 тен=4330 тен./т

Стоимость уголков

СУГ=mУГ·ЦУГ

где ЦУГ - цена 1 тонны угловой прокатной стали (Ст 3) N 2,5 в тенге (ЦУГ=26000 тен.) [22].

СУГ=7,44×10-3×26000=194 тен/т

Тогда стоимость материала на изготовление обтекателя

СМАТ.ОБ.=СЛ+СУГ=866,12+38,69=4524 тен.

2.8 Расчеты на прочность

.8.1 Расчет сварочного узла

Исходя из конструктивных соображений, размеров и материала обтекателя (Ст 3) производим расчет сварочного шва между элементами конструкции обтекателя.

Во время движения автопоезда со скоростью 80 км/ч на обтекатель действует сила сопротивления воздуха РW=372,74 Н. На один сварной узел приходится 1/4 этой силы или 93,19 Н.

Масса (общая) обтекателя 43,44 кг. На один сварной шов, за исключением массы опорных уголков, приходится 6,22 кг.

Общее усилие, действующее на сварной шов будет равным 155,39 Н.

Из условий прочности определяем площадь поперечного сечения стержня (площадь «нетто») по формуле:

FНТ≥, см2(2.53)

Так как в нашем случае стержни работают на сжатие, допускаемое напряжение [s] снижается, в связи, с чем вводится коэффициент уменьшения основного допустимого напряжения при простом сжатии (коэффициент продольного изгиба) j.

Тогда площадь «нетто» находится по формуле:

НТ≥, см2(2.54)

где N -усилие действующее в стержне, кг (в нашем случае N=15,54 кг);

[sсж]=1100 кг/см2;

j=0,6. НТ=0,024 см2

Из условия прочности шва на разрез

=0,7·d·l·[t](2.55)

Общая длина шва для крепления стержня

=(2.56)

где d - толщина полки уголка (принято, что высота шва равна толщине полки), см. d=0,3 см [3];

[tэ] - допустимое напряжение на срез для материала сварочного шва, кг/см2, [tэ]=800кг/см2.

==0,1 см.

Так как усилие в привариваемом уголке действует по его оси, которая удалена от швов воспринимающих это усилие, с одной стороны на расстоянии z0, а с другой на расстоянии b-z0 (b - ширина привариваемой палки; z0 - расстояние от центра тяжести сечения уголка до обушка), длину швов, прикрепляющих уголок, определяем по формулам (правило рычага):

=lш·=lш·(2.57)

где lШ - общая длина швов, прикрепляющих уголок (в нашем случае lШ=2l);

=2,5см;=0,73 см.

l1=0,2·=0,14, см=0,2·=0,06, см

2.8.2 Расчет резьбового соединения

Исходные данные:

π=3,14 - число пи,=0,49 - диаметр болта м,=0,6 - внутреннее давление МПа,=12 - число болтов,=0,5 - коэффициент внешней нагрузки,=3 - коэффициент затяжки болта,=220 - предел текучести МПа,=3 - коэффициент запаса прочности,=0,9 - коэффициент абсолютных размеров,=4 - коэффициент концентрации напряжения,=0,000175 - площадь поперечного сечения болта,=0,000134 - приемная нагрузка МПа

Расчет формулы внешней силы

=·Р·106(2.58)=1131·105

Внешняя сила на один болт

F= F=9,424·105(2.59)

Осевая растягивающая сила болта

=(к(1-δ)+i)·F(2.60)

Fa=1,885·104

Внутренний диаметр резьбы болта

=1,3(2.61)=20,841

Предел выносливости при растяжении материала болта, МПа

p=0,35Gpp=2,1(2.62)

Расчет болтов на усталость

Ga==v·d·G1p·(2.63)=3,829=12,341

Определяем запас прочности болта на max допустимое напряжение

Gmax=40 МПа

S=(2.64)

=5,5 т.е <Sa=12,34

3. ОХРАНА ТРУДА

.1 Охрана труда на транспортных предприятиях

Создание безопасных и здоровых условий труда на каждом рабочем месте является главной задачей администрации предприятия. Администрация обязана соблюдать требования трудового законодательства, стандартов, норм и правил по охране труда, осуществлять мероприятия по технике безопасности и производственной санитарии, а также инструктировать рабочих и служащих по технике безопасности, производственной санитарии и противопожарной охране.

К выполнению ремонтных работ допускаются лица не моложе 16 лет, а к выполнению работ, связанных с использованием этилированного бензина и с ремонтом аккумуляторных батарей; лица не моложе 18 лет прошедшие медицинское освидетельствование, получившие соответствующий инструктаж. И обученные безопасным методам и приемам работы непосредственно на рабочем месте.

В соответствии с ГОСТ 12.0.004-90 «ССБТ. Организация обучения безопасности труда. Общие положения».

По характеру и времени проведения инструктажи подразделяют на вводный, первичный на рабочем месте, повторный, внеплановый и целевой.

Вводный инструктаж проводит специалист по безопасности и охране труда со всеми вновь принимаемыми на работу рабочими независимо от того, работали они ранее на другом предприятии или нет. При этом даются общие сведения о предприятии, основные положения законодательства о труде, перечисляются опасные и вредные факторы на данном производстве, излагаются методы и средства профилактики травматизма, требования производственной санитарии, оговариваются требования к применению средств индивидуальной защиты, меры пожарной безопасности, дается информация о первой помощи при механическом травмировании, поражении электрическим током, ожогах. В журнале регистрации вводного инструктажа делается соответствующая отметка. Проведение инструктажа фиксируйся подписями лица, его проводящего, и лица, его получившего, вводный инструктаж проводят работники службы охраны труда.

Перед допуском к самостоятельной работе непосредственный руководитель работ (мастер) проводит инструктаж на рабочем месте.

Первичный инструктаж на рабочем месте проводят со всеми лицами, вновь принятыми на предприятие, переводимыми из одного подразделения в другое, командированными а также учащимися, выполняющими новую для них работу.

Первичный инструктаж на рабочем месте проводят с целью ознакомления рабочего с технологическим процессом на данном участке, устройством оборудования, оградительных и защитных устройств, использованием предохранительных приспособлений, проверкой исправности оборудования, пусковых и отключающихся приборов, заземляющих устройств, правильной организацией рабочего места, требованиями безопасности при погрузочно-разгрузочных работах и транспортировании грузов, мерами предупреждения пожаров, обязанностями при возникновении пожара, способами применения имеющихся на участке средств пожаротушения и сигнализации, местами их расположения.

Первичный инструктаж на рабочем месте проводят с каждым работником индивидуально с практическим показом безопасных приемов и методов труда.

Все рабочие после первичного инструктажа на рабочем месте и проверки, знаний в течение первых 2-14 смен (в зависимости от стажа, опыта и характера работы) выполняют работу под наблюдением мастера или бригадира, после чего оформляется допуск их к самостоятельной работе. Допуск к самостоятельной работе фиксируют датой и подписью инструктирующего в журнале регистрации инструктажа на рабочем месте или в личной карточке инструктажа.

Повторный инструктаж проходят все работающие независимо от квалификации, образования и стажа работы не реже, чем через 6 мес., за исключением лиц, которые не связаны с обслуживанием, испытанием, наладкой и ремонтом оборудования, использованием инструмента, хранением сырья и материалов. Повторный инструктаж проводят с целью проверки и повышения уровня знаний и инструкций по охране труда индивидуально или с группой работников одной профессии, бригады по программе первичного инструктажа на рабочем месте.

Внеплановый инструктаж проводят при изменении правил по охране труда; изменении технологического процесса, замене или модернизации оборудования, приспособлений и инструмента, исходного сырья, материалов и других факторов, влияющих на безопасность труда; нарушении работниками требовании безопасности, которые могут привести или привели к травме, аварии, взрыву или пожару, перерывах в работе - для работы, к которым предъявляются дополнительные (повышенные) требования безопасности труда (в частности, связанные с перемещением грузов подъемно-транспортными машинами), более чем на 30 календарных дней, а для остальных работ включая ремонтные) - 60 дней. Внеплановый инструктаж проводят индивидуально или с группой работников одной профессии в объеме первичного инструктажа на рабочем месте.

Повторный и внеплановый инструктаж проводит мастер.

Целевой инструктаж проводят со слесарями по ремонту автомобилей перед производством работ, на которые оформляются наряд-допуск, разрешение и другие документы, а также при выполнении разовых работ, не связанных с прямыми обязанностями по специальности. Факт проведения целевого инструктажа фиксируют в наряде-допуске или другой документации разрешающей производство работ. Если при проверке знаний слесаря по ремонту автомобилей после прохождения инструктажа выявляется их недостаточность, то он к работе не допускается. Рабочий обязан вновь пройти инструктаж.

О проведении первичного на рабочем месте, повторного и внепланового инструктажа лицо, проводившее инструктаж, делает запись в журнале регистрации инструктажа на рабочем месте (личной карточке инструктажа) с обязательной подписью инструктируемого и инструктирующего. При регистрации внепланового инструктажа указывают причину, вызвавшую его проведение.

Помимо специальных знаний по безопасному проведению работ на рабочем месте слесарь по ремонту автомобилей должен хорошо знать требования безопасности на территории предприятия и цеха.

В целях правильного применения законодательства по охране труда, правил и норм по технике безопасности и производственной санитарии на предприятии осуществляется трёхступенчатый контроль за состоянием охраны труда.

На первой ступени мастер, общественный инспектор по охране труда ежедневно в начале рабочей смены должны обойти все рабочие места и проверить:

соблюдение рабочими правильности приемов в работе, соблюдение технологической дисциплины и требований безопасности технологических процессов;

исправность и чистоту оборудования;

отсутствие утечек газа, сжатого воздуха, воды, масла, пара и др.;

отсутствие посторонних предметов, загромождающих проходы и проезды, а также подходы к электрооборудованию и узлам управления энергоносителей;

исправность средств технологического оснащения;

наличие и исправность ограждений;

исправность вентиляционных установок;

полноту оснащенности рабочих мест инструментом и приспособлениями;

обеспеченность рабочих СИЗ и полноту их использования; обученность рабочих и своевременность проведения инструктажа;

наличие инструкций и предупредительных плакатов; соблюдение рабочими инструкций по безопасности труда; соблюдение рабочими правил внутреннего трудового распорядка;

состояние санитарно-бытовых помещений на проверяемом участке.

Результаты проверки мастер должен ежедневно записывать в специальный журнал и немедленно принимать меры к устранению обнаруженных недостатков. При выявлении на рабочих местах опасных зон или опасных приемов работы (наличие не огражденных вращающихся и движущихся частей, повреждения электропроводки или заземления, работа без средств индивидуальной защиты и др.) мастер обязан немедленно приостановить работу до устранения обнаруженных нарушений, вывести рабочих из опасных зон и немедленно сообщить об этом начальнику участка (отделения).

Вторая ступень контроля осуществляется один раз в неделю начальником производства и председателем комиссии охраны труда профкома цеха с привлечением специалистов.

Третья ступень контроля предусматривает проверки состояния охраны труда на предприятии в целом и проводится руководителями предприятия, служб и отделов совместно с председателем комиссии охраны труда профкома предприятия один раз в месяц.

Опасные и вредные производственные факторы

При проведении ремонтных работ в рабочей зоне устанавливается комплекс физических, химических и психофизиологических опасных и вредных производственных факторов. Опасный производственный фактор - фактор, воздействие которого на работающего в определенных условиях приводит к травме или к внезапному резкому ухудшению здоровья. Вредный производственный фактор - фактор, воздействие которого на работающего в определенных условиях приводит к заболеванию или снижению работоспособности. Рабочая зона - это пространство, ограниченное по высоте 2 м над уровнем пола или площадки, на которых находятся места постоянного или непостоянного пребывания работающих.

Слесарь по ремонту автомобилей в рабочей зоне может подвергаться комбинированному воздействию нескольких опасных и вредных производственных факторов. Он работает либо у верстака при обработке отдельных деталей автомобиля, либо непосредственно около автомобиля на сборке или исправлении агрегатов автомобиля, либо на каком-то гаражном оборудовании (подъемнике, испытательном стенде, у моечной машины и т. п.). В течение рабочего дня слесарь по ремонту автомобилей выполняет разнообразные работы.

Производительность труда и самочувствие слесаря при выполнении ремонтных работ определяются условиями труда, которые характеризуются параметрами микроклимата в рабочем помещении, состоянием производственного освещения, уровнем шума и вибрации на рабочем месте, наличием в воздухе рабочей зоны пыли и токсичных примесей.

Условия труда во многом определяются организацией рабочего места, рабочей позой, физическими и нервно-психическими нагрузками (монотонность труда, умственное и эмоциональное перенапряжение и т. п.), психологическим климатом в коллективе, степенью эстетичности производства.

Все перечисленные факторы влияют на степень утомления работающих. При длительном нарушении условий труда возможны профессиональные заболевания у работающих. Чем хуже условия труда, тем быстрее наступает утомление и выше его степень. Отсюда снижение концентрации внимания, замедленная реакция на внешние раздражители, увеличение числа ошибочных решений и связанный с этим рост потенциальной опасности аварийных ситуаций. Все это приводит к возрастанию травматизма.

Опасные вредные производственные факторы в подсистеме «Человек» по ГОСТ 12.0.003-84.

Функциональное состояние организма человека характеризует его работоспособность или усталость.

В подсистеме «Машина» действуют следующие опасные и вредные производственные факторы: активные; активно-пассивные; пассивные.

Активные факторы могут оказывать на человека непосредственное действие.

Вот основные из них:

механические - вибрация, статическая нагрузка, шум;

термические - температура нагретых и охлажденных поверхностей, химические реакции, выделяющие тепло;

электрические - электрический ток и поле, излучение.

Пассивные факторы проявляются непосредственно за счет разрушения отдельных конструкций оборудования, в результате которого возможны:

коррозия;

недостаточная прочность конструкции;

повышенные перегрузки.

Активно-пассивные факторы активизируются за счет энергий, носителем которых являются машины и оборудование:

острые подвижные элементы;

трение между соприкасающимися поверхностями;

неравномерность поверхности, по которой перемещаются машины [24].

Гигиена труда - медицинская наука, изучающая воздействие окружающей производственной среды, характера трудовой деятельности на организм работающего с целью разработки санитарно-гигиенических нормативов и практических мероприятий организационного, санитарно-технического и лечебно-профилактического характера.

Основным документом, регламентирующим деятельность по обеспечению пожарной безопасности, является Закон Республики Казахстан «О пожарной безопасности» от 22 ноября 1996 года № 48-1. Он определяет правовую основу и принципы организации системы пожарной безопасности и государственного пожарного надзора, действующих в целях защиты от пожаров жизни и здоровья людей, национального достояния, всех видов собственности и экономики Республики Казахстан.

3.2 Требование безопасности при эксплуатации автопоездов

Вождение поездов значительно сложнее вождения одиночного трактора или автомобиля и требует специальной подготовки, и навыков в приемах управления.

Следует помнить, что траектория движения тягача и прицепа не совпадают, вследствие чего увеличивается ширина поворотной полосы.

При движении поезд обладает запасом большой кинетической энергии, поэтому при повороте его скорость не должна превышать 5 км/час.

К транспортным работам допускаются лица, имеющие большой опыт работы.

Основным условием безопасной работы транспортного агрегата является - надежное действие рулевого управления, тормозной системы.

Все транспортные прицепы должны иметь тормоза, управляемые с кабины водителем.

Они должны обеспечивать торможение прицепа не только на ходу, но и при отрыве от транспортного средства, предупреждающее действие при изменении скорости движения.

При комплектовании транспортных поездов в обязательном порядке применяют предохранительный трос или цепь (что описывается и в ПДД), устраняющие отрыв прицепа от тягача.

Особую опасность вызывают автопоезда с большим количеством прицепов, из которых некоторые могут иметь неисправные тормоза, при остановке такого поезда может произойти «складывание», под действием толкающей силы, автопоезда.

При работе автопоездов, составленных из нескольких прицепов, необходимо помнить, что нельзя эксплуатировать такой состав, применяя накат или глушить двигатель на спуске.

Такие транспортные поезда должны отвечать следующим требованиям:

число прицепов определяют тяговой мощностью транспорта и дорожными условиями;

сцепка прицепов между собой и транспортом должна быть надежной, с применением страхующих торсов;

управление тормозами и механизмами подъема кузова должно осуществляться только с места водителя [24].

3.3 Требования пожарной безопасности и электробезопасности при эксплуатации автопоездов

Эти требования предъявляются в основном к транспорту, то есть тягачам, которые осуществляют транспортировку. Но они же распространяются и на прицепы.

Тягач должен быть оборудован средствами огнезащиты, то есть огнетушителями, лопатой и так далее.

Кроме того, при эксплуатации в сложных дорожных условиях необходимо иметь соответствующие средства экстренного реагирования, средства передачи мобильного сигнала.

Транспортные средства при перевозке опасных грузов должны быть оборудованы в соответствии с правилами эксплуатации, то же самое и со средствами, перевозящими крупногабаритные грузы.

Технологические процессы перевозки грузов неразрывно связаны с эксплуатацией транспортных агрегатов, поэтому нарушение правил пожарной безопасности во многих случаях приводит к летальному исходу.

В соответствии с ГОСТ 194330-081 необходимо обозначать опасные грузы определенными знаками опасности [24].

4. ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

В результате бурного развития промышленности и автомобильного транспорта возникла проблема защиты окружающей среды от загрязнения ее токсичными веществами. Особенно опасным источником загрязнения атмосферы является интенсивная автомобилизация, происходящая во многих странах. В значительной степени именно она обусловила загрязнение воздуха отработавшими газами в городах, населенных пунктах и промышленных районах.

Интенсивное потребление природных ресурсов, количественное и качественное, которое ставит перед человечеством уже серьезные проблемы. Интенсивное загрязнение воздушного пространства, морей, пресноводных водоемов и суши. В настоящее время наблюдается тенденция сокращения содержания кислорода в атмосфере.

Наличие токсичных компонентов (окиси углерода, окислов азота, углеводородов и др.) в отработавших газах автомобильных двигателей, выбрасываемых в атмосферу, создает опасность для здоровья людей и, в частности, по исследованиям онкологов, является причиной распространения раковых заболеваний. Токсичность отработавших газов автомобильных двигателей обуславливается их конструктивными и регулировочными факторами, видом используемых топлив и масел, а также протеканием процесса сгорания, условиями работы и технического состояния двигателя. Поэтому решение проблемы защиты окружающей среды от загрязнения токсичными компонентами в значительной мере зависит от совместных усилий заводов автомобильной промышленности и АТП.

В научно-технической сфере борьба с токсичностью реализуется в трех направлениях: совершенствование рабочего процесса двигателей; снижение концентрации вредных компонентов в отработавших газах; разработка новых двигателей, работающих на новых видах топлива (природный газ, автомобильный бензин без свинцовых присадок и в смеси с водородом, синтетические спирты, водород, использовании энергии аккумуляторных батарей и др.).

Экологическая безопасность транспортного средства заключается в снижении степени отрицательного влияния на окружающую среду в процессе срока эксплуатации.

Для транспортных автопоездов основой устранения этой проблемы являются мероприятия по снижению шума при перемещении, применение шумопоглощающих, шумоизолирующих устройств, для герметизации элементов кузова, применение менее шумных подшипников качения [25].

Воздействие автомобильного транспорта на окружающую среду

Под вредностью автомобильного транспорта понимается уровень его отрицательного влияния на население, персонал и окружающую среду. Это влияние проявляется в токсичности отработавших газов (ОГ) и картерных газов, испарений топлив масел и кислот; насыщении продуктами износа шин, асбестовых и металлических материалов окружающей среды; шумах, возникающих при движении автомобилей; загрязнении производственных помещений и их атмосферы при ТО, ремонте, хранении; загрязнении воды и грунта при ТО и ремонте; потребление кислорода воздуха для процессов сгорания и воды при техническом обслуживании автомобилей.

Токсичность отработавших газов определяется наличием в них вредных компонентов, а также тетраэтилсвинца при использовании этилированного бензина. К основным вредным компонентам отработавших газов относятся окись углерода (СО), окислы азота (NO,), углеводороды (СН) сажа и соединения свинца.

При эксплуатации бензиновых двигателей в ОГ содержится до 8 % СО (по объему), 0,8 % NO», 2 % СН, а у дизельных двигателей соответственно до 0,5 % СО, до 0,4 % NO, и до 0,1 % СН. Особенно опасным компонентом является бензопирен (до 0,02 мг/м3) в отработавших газах бензиновых двигателей внутреннего сгорания.

Указанные выше токсичные компоненты, попадая в организм человека, ухудшают его состояние и вызывают отравление и болезнь.

Снижение влияния автомобильного транспорта на окружающую среду

Снижение токсичности ОГ реализуется путем: совершенствования рабочего процесса двигателей; снижения концентрации вредных компонентов в ОГ (использование каталитических нейтрализаторов или дожигателей); разработки новых двигателей, работающих на альтернативных топливах (природный газ, автомобильный бензин в смеси с водородом, синтетические спирты, водород, использование электроэнергии аккумуляторных батарей и др.); поддержания рациональных режимов работы; обеспечения исправного технического состояния.

Общий выброс токсичных веществ существенно зависит от технического состояния автомобилей. Состав смеси при работе автомобиля непрерывно изменяется, а в зависимости от состава смеси изменяется и количество вредных веществ в ОГ. Следовательно, во - первых, необходимо проводить более точные регулировки системы питания, во - вторых, придерживаться среднего скоростного режима работы двигателя при движении автомобиля.

Экологический контроль

На предприятии автомобили с бензиновыми двигателями проверяют на фактическое содержание СО и СН в отработавших газах, которое определяется на холостом ходу при двух частотах вращения коленчатого вала двигателя; минимальной и 60 % номинальной. При этом используют газоанализаторы, принцип действия которых основан на поглощении различными газовыми компонентами инфракрасных лучей с определенной длиной волны: ГАИ-2, Инфралит и др.

Для комплексной оценки количества выбросов (при государственной аттестации новых моделей автомобилей) разработаны так называемые ездовые циклы, имитирующие реальные условия движения автомобиля. Испытания проводятся на стенде с беговыми барабанами и включают: холостой ход, ускорение, постоянную скорость и замедление с включением передач в определенной последовательности.

Для количественной оценки дымности ОГ дизельных двигателей при- меняют два метода: просвечивание ОГ и их фильтрацию.

Санитарными нормами установлены предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны, производственных помещений. Так предельно допустимая разовая (за 30 мин) концентрация акролеина, бензина, окиси углерода (СО), окислов азота (NO), углеводородов (СН) соответственно составляет 0,2; 100; 20; 5; 300 мг/м3.

Чтобы обеспечить данные требования, зоны ТО и ремонта обеспечивают, приточено - вытяжной вентиляцией, сокращают работу двигателей автомобилей в помещении, применяют отсосы ОГ, используют конвейеры для перемещения автомобилей на поточных линиях.

При мойке одного автомобиля в сточных водах могут быть 5-10 г масла и топлива, 10-15 кг грязи.

Чтобы не допустить попадание нефтепродуктов со сточными водами в естественные водоёмы, пункты мойки оборудуют грязеотстойниками и маслобензоуловителями.

Кроме того, организуется мойка автомобилей с повторным использованием воды и недопущением попадания загрязнённой воды в поверхностные слои грунтовых вод.

5. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ

Согласно [1] испытания обычно проводились на ровной горизонтальной дороге со скоростью 80 км/ч, однако в реальных условиях постоянное движение с такой скоростью невозможны, и расчет следует проводить для среднетехнической скорости.

Мощность необходимая для преодоления силы сопротивления воздуха [23]

=, кВт (5.1)

где k - коэффициент аэродинамического сопротивления (k=0,75Н с2·м-4);- лобовая площадь автомобиля (F=6,42 м2);- скорость движения автомобиля (V=40 км/ч).

==6,6 кВт,

Мощность на перекатывание на данной скорости[23].

Nψ=, кВт (5.2)

где Gа - вес автомобиля (Gа=311500 Н);

y - коэффициент сопротивления перекатыванию (y=0,015);

Nψ==51,9 кВт

Мощность необходимая для движения на данной скорости

Ne1=; кВт(5.3)

где hтр - КПД трансмиссии (hтр=0,98ц×0,97к×0,955т) [23];

ц, к - число цилиндрических и конических передач соответственно;

т - число карданных шарниров.

Коэффициент использования мощности двигателя

=;(5.4)

где Nен - мощность двигателя (Nен=155 кВт);

=(51,9+6,6)/0,876×155=0,43

Удельный расход топлива [2]

е1=gен×коб×ки, г/кВтч(5.5)

где gен - удельный расход топлива при максимальной мощности (gен=230 г/кВтч);

коб - коэффициент учитывающий изменение gе в зависимости от частоты вращения двигателя (коб=0,96);

ки - коэффициент учитывающий изменение gе в зависимости от степени загрузки двигателя (ки=0,95) [23].

е1=230×0,96×0,95=209,76 г/кВтч

Расход топлива на 100 км

=, л/100 км (5.6)

где r - плотность топлива (r=0,82 кг/дм2);

=209,76×66,78/10×0,82×40=42,71 л/100 км

Прогнозируемое уменьшение коэффициента сопротивления воздуха после установки обтекателя 20 % [7].

Мощность необходимая для преодоления силы сопротивления воздуха

=,(5.7)==5,28 кВт.

Мощность необходимая для движения автомобиля с данной скоростью

=(51,9+5,28)/0,876=65,27 кВт.

Коэффициент использования мощности

U2=(51,9+5,28)/0,876×155=0,42

Тогда удельный расход топлива будет равен

е=230×0,96×0,955=217,74 г/кВт×ч.

В таком случае расход топлива на 100 км

=217,74×65,27/10×0,82×40=42 л.

Таким образом, с уменьшением коэффициента сопротивления воздуха на 20 % за счет установки обтекателя расход топлива сократится на 0,71 л или на 1,7 %.

Полученные результаты подходят для дорог с довольно большим количеством подъемов и не ремонтированных дорог, с большим количеством пересечений и довольно большой интенсивностью движения.

Однако в настоящее время большинство дорог позволяют двигаться с большей среднетехнической скоростью. Эффективность установки обтекателя также возрастает с увеличением скорости, т. к. было указано выше, сила сопротивления воздуха имеет кубическую зависимость от скорости движения автомобиля (так расход топлива сократится на 3,5 % при скорости 50 км/ч, на 7 при скорости 60 км/ч, а при скорости 80 км/ч - на 12,5 %).

5.1 Калькуляция затрат на производство обтекателя

Смета покупных материалов приведена в таблице 5.1.

Таблица 5.1 - Смета покупных материалов

Смета затрат на оплату труда приведена в таблице 5.2.

Таблица 5.2 - Смета затрат на оплату труда

Суммарные затраты на изготовление обтекателя

Зå=Зм+Зз/п+Зн+Зцрм,(5.8)

где Зм - затраты на материалы;

Зн - начисления на заработную плату;

Зз/п - затраты на оплату труда;

Зцрм - накладные расходы на ЦРМ.

Зå=4215,0+1369,0+677,5+2053,5=8325,0 тенге

Так как экономия топлива в результате установки обтекателя составит 1,7 % или 0,71 л на 100 км, а в нашем случае среднесуточный пробег 220 км и более, то суточная экономия топлива составит в среднем 1,5 л. При цене топлива 65 тенге/л срок окупаемости обтекателя составит:

Со=;(5.9)

где Эг - годовой эффект разработки.

Эг=Эд×Дрг(5.10)

где Эд - стоимость сэкономленного топлива за день, (Эд=97,5 тенге.);

Дрг - количество рабочих дней в году, (Дрг=305)

ЭГ=97,5×305=29737,5 тенге

Со=8325,0/29737,5=0,28 года

Основные технико-экономические показатели в таблице 5.3

Таблица 5.3 - Основные технико-экономические показатели

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

. Анализ эксплуатационных качеств автотранспортных средств позволил выявить основные пути улучшения тяговой динамики. Один из них - это установка конструкций обтекателей кабины и платформы автопоезда, которые позволяют создать обводной путь встречному потоку воздуха.

. Существующие исследования в этой области и различные конструкции обтекателей помогли принять правильное конструкторское решение для автомобиля КАМАЗ-4310 в составе автопоезда.

. Благодаря, конструкторской разработке расход топлива на 100 км автомобилем КАМАЗ-4310 в составе автопоезда снизится минимум на 1,7 %, что позволит (при установке обтекателя на грузовой автомобиль) предприятию экономить средства на приобретение топлива.

. При внедрении конструкторской разработки в производство экономия денежных средств окупиться в течении 0,28 года для одного автомобиля.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1.     Возможности улучшения аэродинамических качеств грузовых автомобилей и автопоездов: обзорная информация/С.А. Шуклин - М.: НИИН автопром, 1978.

2.      Чудаков Д. А. Основы теории и расчета трактора и автомобиля -2-е изд., перераб. и доп. - М.: Колос, 1972 -384с.

.        Королев П. Г. Сопротивление материалов: справочник по расчетно-проектировачным работам - Киев: Вища школа, 1974 -288с.

.        Краткий автомобильный справочник - М.: АО «Трансколсайтинг», 1994.

.        Стандарт предприятия. Проекты дипломные и курсовые. Общие требования к оформлению - Челябинск: Изд-во Челябинск. гос. агроинж. ун-та, 2000.

.        Кузнецов С.С. Техническая эксплуатация автомобилей - М.: Транспорт1991 -416с.

.        Васильев Ю.А. Нормативно-технические материалы - Челябинск, 1998.

.        Васильев Ю.А. Методические указания к выполнению дипломного и курсового проектов по курсу технологического проектирования автотранспортных предприятий и подразделений. -Челябинск: ЧГАУ РИО,1998.

.        Напольский Г. М. Технологическое проектирование АТП и СТО -М.: Транспорт, 1993.

.        Крамаренко Г. В. Техническая эксплуатация автомобиля - М.: 1983.

.        Высоцкий М. С. Грузовые автомобили - М.: Машиностроение, 1979.

.        Общесоюзные нормы технологического проектирования предприятий для автомобильного транспорта. ОНТП-01-91. М.: Росавтотранс,1991.

.        Табель технологического оборудования и специализированного инструмента для АТП, АТО и БЦТО. М.: НИИАТ, 1983.

.        СН и П П-89-90. Генеральные планы промышленных предприятий. М.: Стройиздат, 1980.

.        СН и П. П-93-74. Строительные нормы и правила. Предприятия по обслуживанию автомобилей. М.: Стройиздат, 1975.

.        Московкин В.В., Способ определения аэродинамического сопротивления грузовых автомобилей и автопоездов - «автомобильная промышленность», 1978 №1.

.        Михайловский Е.В., Аэродинамика автомобиля. - М.: «Машиностроение», 1973.

.        Евграфов А. Н., Возможности повышения топливной экономичности грузового автомобиля за счет использования лобового аэродинамического обтекателя. - М.: «Автомобильная промышленность», 1978 №3.

.        Московкин В. В., Определение сопротивления движению автомобиля инерционным методом. - М.: «Автомобильная промышленность», 1976 №10.

.        Гроздиев В. Ю., О влиянии удельной мощности на технические показатели автопоездов. - М.: «Автомобильная промышленность», 1978 № 1.

.        Еженедельник «Прайс»: Информация о ценах на товары и услуги - Челябинск, ООО ИА «Прайс», 2002 г., № 43.

.        Русанов М.А., Тяговый, динамический и топливно-экономический расчет автомобиля. - Челябинск, ЧГАУ РИО, 1998.

.        Кондраков Н.П. Бухгалтерский учет: Учебное пособие -2-е изд., перераб. и доп. - М.:ИНФРАМ, 2000.

.        Когай Э.И., Хамкин В. А. Охрана труда на предприятиях автомобильного транспорта./ Под ред. Н.В. Пинчук. - М.:Транспорт, 1984.-253с.

.        Банников А. Г. и другие. Охрана природы. М. Агропромиздат. 1985.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Анализ показателей эксплуатационных свойств автомобилей

Зависимость применения автомобиля от условий:

Дорожные условия характеризуются планом и профилем дороги, рельефом местности, видом и качеством дорожного покрытия, интенсивностью движения, различными помехами, режимами движения.

К транспортным условиям относятся: вид груза, объем перевозок, расстояние перевозок, способ погрузки и выгрузки, организация перевозок, условия хранения, техническое обслуживание и ремонт транспортного средства.

Природно-климатические условия - это особенности климатических зон, в которых эксплуатируется автомобиль (умеренная, холодная, жаркая, высокогорная).

Таблица П1 - Основные требования, предъявляемые к конструкции автомобиля

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

автомобиль двигатель динамичность обтекатель

Влияние конструктивных факторов на тяговую динамичность автомобиля

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

Особенности конструкций аэродинамических обтекателей