Описание устройства автомобиля, разработка схем - кинематической, гидравлической. Определение массы автомобиля

Автомобиль  МАЗ-6422  оборудован: барабанным тормозом  с  разделенным пневматическим  приводом на  все  колеса; стояночным тормозом – пружинный энергоаккумуляторный с пневматическим приводом; воздушный  компрессор -  двухцилиндровый, с  жидкостным  охлаждением.

Рулевой  механизм – двухступенчатый  с  винтовой  передачей 2 и  зубчатой парой 6, с гидравлическим усилителем и передаточным числом  23,6.

Принцип  действия  гидроусилителя : при  не вращающемся  рулевом  колесе  золотник  распределителя  Р  находится  в  нейтральном  положении  и   масло  из  бака Б  насосом  Н   перекачивается  обратно  в  бак.  При  вращении  р.к. 7 сошка 5 переключает золотник  распределителя  относительно  корпуса, связанного  продольной  рулевой  тягой  4 с  управляющими  колесами  в  позицию 1, при  этом  масло  подается  в  штоковую  полость  цилиндра,  а  поршневая  полость  цилиндра  сообщается  с  баком.  Шток  через  рулевую  трапецию  поворачивает  колеса,  которые  через  1  тянут  корпус  распределителя  в  сторону  переключения  золотника. При  остановке  вала,  продолжающееся  движение  корпуса  через  рулевую  тягу  возвращает  распределитель  в  нейтральное  по ложение. Этим  обеспечивается  «следящее» действие  гидроусилителей.

2. Определение массы автомобиля.

Полная масса автомобиля m_a, кг [1]:

m_a= m_н(1+n_б)+ m_пz_п ,                                                            (1)

где m_н- нагрузка на седельное устройство автомобиля, (m_н =14800 кг);

n_б- коэф. учитывающий снаряжение автомобиля:

n_б=1/ n_e ,                                                                                (2)

где n_e- коэф. использования массы, (n_e=2,35 [2, прл.1] );

m_п- масса пассажира, кг(m_п=80кг[2]);

z_п- число пассажиров, включая водителя (z_п=3[2]).

По формуле (2):

n_б=1/2,35=0,426;

m_a=14800(1+0,426)+80_*3=21345 кг

                                 3. Выбор шин.

Шины выбираем по нагрузке на наиболее нагруженное колесо. У автомобилей с колесной схемой 6x4 на переднюю ось при полном использовании грузоподъемности приходится около 25% нагрузки. На задних осях автомобиля обычно монтируют  по 4 шины, каждая из которых может испытывать большую нагрузку, чем шина переднего колеса. Все колеса автомобиля по конструкции почти всегда одинаковы и взаимозаменяемы.

передняя ось (25% нагрузки) – 5336кг, т.к. на передней оси стоят две шины, то каждая воспринимает:

5336 / 2 = 2668кг;

заднии оси (75% нагрузки) – 16008кг, т.к. задних осей две и на каждой стоит по 4 шины, то каждая шина будет воспринимать:

16008 / 2 / 4 = 2001кг.

Наиболее нагруженные колеса передние.

Принимаем шины: 300-508Р(11,00R-20);

Радиус качения – 505±5 мм;

Ширина профиля – 292мм;

Посадочный диаметр обода – 508мм;

Диаметр шины Д, мм [1]:

Д=2,16B+d,                                                                                     (3)

Д= 2.16*292+508=1140мм

Допустимая нагрузка – 2900кг [1].

4. Определение мощности двигателя автомобиля,

расчёт внешней характеристики.

Мощность двигателя P_ev, кВт[2]:

P_ev=V_max*10³(G_af+K_вAV²_max)/h_тр,                                                    (4)

где V_max – максимальная скорость движения, м/с (V_max=90км/ч=25м/с);

G_a – сила тяжести автомобиля с полуприцепом, Н_*м;

G_a=( m_a+ m_п/п)g,                                                                                  (5)

где m_a – масса автомобиля (m_a=21345кг [рассчитана]);

m_п/п – масса полуприцепа (m_п/п=2/3 m_п=2/3_*44400=29600 кг);

g-ускорение свободного падения, м/с²(g=9,8м/с²);

G_a=(21345+29600)_*9,81=40456_*9,81=499261 Н;

f-коэффициент сопротивления перекатыванию;

f=(0,015...0,020)+6_*10^-6V²_max,                                                                                            (6)

f=0.0175+6_*10^-6_*25²=0.0175+6_*10^-6_*625=0,021;

K_в -коэффициент обтекаемости (аэродинамический), Н_*с²/м⁴ ;   

(K_в=0.65Н_*с²/м⁴ [1]);

A-лобовая площадь автомобиля, м² [2];

А=В_*Н,                                                                                                (7)

где В-колея машины (В=1.970м);

Н-высота машины (Н=2.650м);

А= 1.97*2.65=5,2205м²;

h _тр –КПД трансмиссии (h _тр=0.88[2]);

P_ev=25_*10^-3(499261_*0,021+0,65_*625_*5,2205)/0.88=358,1 кВт.

Максимальная мощность двигателя P_max, кВт [2]:

P_max= P_ev/[a(n_max/n_р)+b(n_max/n_р)²-(n_max/n_р)³],                                        (8)

где a, b-эмпирические коэфициеиты (a=0.87, b=1.13 [2]);

n_max/n_р=1.2 [2] (n_max=3840 об/мин, n_р=3200 об/мин);

P_max=358,1/[(0.87_*1.2+1.13_*(1.2)²-(1.2)³]=379,7 кВт.

Для построения внешней характеристики формулу (8) записывают в виде:

P_e= P_max[ 0,87_*(n_е/n_р)+1,13_*(n_е/n_р)²-(n_е/n_р)³],                                      (9)

где P_e, n_е- текущее значения соответственно мощности двигателя и частоты вращения коленчатого вала.

Задаваясь значениями n_е, которые соответствуют значениям n_е/n_р=0.2;0.4…1.0,1.2 определяем величины мощностей P_e.

Крутящий момент на валу Т_е, Н_*м [2]:

Т_е=1000_*P_e/w_e,                                                                                    (10)

где w_e-угловая скорость рад/c;

w_e=2pn_e.                                                                                                                                             (11)

Таблица 4.1 – Мощность двигателя автомобиля.

Показатели	Отношение nе/nр
	nе=10.6	nе=21.33	nе=31.99	nе=42.66	nе=53.33	nе=63.99
	0.2	0.4	0.6	0.8	1.0	1.2
we, рад/с	66,57	133,96	200,95	267,93	334,91	401,89
Pe, кВт	80,2	176,5	270,65	344,5	379,7	358,1
Те, Н*м	1204,7	1318,2	1346,85	1285,8	1133,7	891

Внешняя характеристика двигателя приведена на рис. 2

5. Определение передаточных чисел трансмиссии.

Передаточное число главной передачи i_гл [2]:

i_гл= w_max*r_k/(V_max*i_кв*i_дв),                                                                     (12)

где w_max - угловая скорость, рад/c (w_max=401.89 рад/c [ таблица 1]);

r_k - радиус качения, м (r_k=0.505 м);

V_max - максимальная скорость, м/с (V_max=25м/с);

i_кв- передаточное отношение коробки передач (КПП) на высшей передаче (i_кв=0,8) [2];

i_дв- передаточное отношение высшей передачи раздаточной коробки (i_дв=1) [2];

i_гл=401,89_*0,505/(25_*0,8_*1)=10,14.

Передаточное число первой передачи в КПП определяем из условия обеспечения движения при заданном максимальном дорожном сопротивлении y_max (y_max=0.21).

i_к1= G_a*y_max* r_k/( Т_max*i_гл* i_дн*h _тр),                                                       (13)

где Т_max-максимальный момент двигателя;

i_к1=499261_*0,21_*0,505/(1346,85_*10,14_*1_*0,88)=4.4

Полученное значение i_к1 проверяем по условию отсутствия буксования F_k£F_j, где F_j - сила тяги по сцеплению.

i¢_к1=j_*r_k* G_cц/(Т_max*i_гл* i_дн*h _тр),                                                            (14)

где j- коэффициент сцепления (j=0,75 [2]);

G_cц- сцепной вес, Н;

G_cц=m_ag,                                                                                              (15)

G_cц=21345_*9.81=209.4 кН;

i¢_к1=0,75_*0,505_*209,4_*10³/(1346.85_*10,14_*0.88)=6,6.

Условие выполняется, буксование отсутствует.      

Передаточное число передач i_кi [2]:

i_к=^n-1Ö i₁^n-k  ,                                                                                          (16)

где k-номер передачи;

n-число ступеней без задней и ускоряющей передач (n=4);

Передаточное отношение второй передачи:

i₂=^4-1Ö 4.4^4-2  = 2,69.

Передаточное отношение третьей передачи:

i₃=^4-1Ö 4.4^4-3 = 1,64.

Передаточное отношение четвертой передачи:

i₄=^4-1Ö 4.4^4-4 =1.

Передаточное отношение пятой передачи:

i₅=^4-1Ö 4.4^4-5 =0,61.

Передаточное число задней передачи i_зх выбираем в пределах:

i_зх=(1.15…1.25) i₁   [2],                                                                        (17)

i_зх=1.2_*4,4=5,28.

Устойчивая минимальная скорость V_min, м/с [2]:

V_min= r_k*n_min/( i_1*i_гл),                                                                            (18)

где n_min-минимально устойчивые обороты колен вала дизеля (n_min=100рад/с);

V_min- минимально возможная скорость;

V_min= 0.505_*100/(2_*p_*4,4 _*10,14)=0,18 м/с.

6. Геометрические характеристики проходимости машины.

К геометрическим характеристикам проходимости машины относятся: дорожный просвет d; углы въезда a_п и углы съезда b_п; радиусы продольной R_пр и поперечной проходимости R_поп. Дорожный просвет характеризует возможность движения автомобиля без задевания сосредоточенных на дороге препятствий . Принимаем минимальный дорожный просвет d=270 [2, табл.2]. Углы въезда a_п6 и углы съезда b_п характеризуют проходимость автомобиля по неровным дорогам в момент преодоления препятствия, a_п=27°, b_п=28°[2]. Радиусы продольной R_пр и поперечной проходимости R_поп определяют очертания препятствия, которое может преодолеть данный автомобиль с данными характеристиками без контакта с ним, R_пр=3,7м, R_поп=1,4м [2].

7. Построение динамической характеристики автомобиля.

Задаваясь последовательно   n_min, n_т, n_max  определяем соответствующие им значения скоростей V_i, м/с [2]:

V_i=2_*p_*r_k* n_еi/i_тр,                                                                                      (19)

где n_еi – соответствующая частота вращения, об/с;

i_тр –передаточное число трансмиссии на данной передаче;

Передаточное число трансмиссии i_тр[2]:

i_тр= i_гл*i_ki* i_дв.                                                                                                                                         (20)

Таблица 7.1 – Расчет передаточных чисел трансмиссии

Передача	1	2	3	4	5
iтр	44,6	27,28	16,6	10,14	6,19

Сопротивление ветра F_в, Н [2]:

F_в=K_в*A_*V_i²,                                                                                            (21)

где K_в- аэродинамический коэффициент, Н_*с²/м² [1]:

K_в=0.65Н_*с²/м⁴ [1];

Динамический фактор Д [2]:

Д=[Т_ei*i_тр*h _тр/r_k-K_вAV² ]/G_a,                                                                  (22)

где Т_ei- текущее значение момента, Н_*м;

G_a-вес снаряженного автомобиля, Н (G_a=499,261кН);

По формулам (19), (21), (22) с учетом внешней характеристики двигателя рассчитываем n_е, V_i, T_еi, Д, F_в и заносим в таблицу 7.2.

Таблица 7.2 -  Динамическая характеристика трансмиссии автомобиля.

Показатель	iтр1			iтр2			iтр3
	nmin	nт	nmax	nmin	nт	nmax	nmin	nт	nmax
nе, об/с	15,92	31,99	63,9	15,92	31,99	63,9	15,92	31,99	63,9
Vi, м/с	1,13	2,27	4,54	1,85	3,71	7,43	3,04	6,11	12,21
Tеi, Н*м	1285	1346,9	891	1285	1346,9	891	1285	1346,9	891
Fв, Н	4,33	17,49	69,94	11,61	46,7	187,33	31,36	126,68	505,89
Д	0,2	0,21	0,14	0,12	0,13	0,08	0,074	0,078	0,051

Продолжение таблицы 7.2.

Показатель	iтр4			iтр5
	nmin	nт	nmax	nmin	nт	nmax
nе, об/с	15,92	31,99	63,9	15,92	31,99	63,9
Vi, м/с	4,98	10	19,99	8,16	16,39	32,7
Tеi, Н*м	1285	1346,9	891	1285	1346,9	891
Fв, Н	84,16	339,33	1355,97	225,95	911,56	3628,45
Д	0,045	0,047	0,029	0,027	0,0273	0,012

Ограничиваем динамический фактор областью достаточной по условию сцепления:     

Д_сц=F_j - F_в/ G_a,                                                                                                                              (23)

где F_j - сила тяги по сцеплению, Н;

F_в – сила сопротивления ветра, Н (т.к. при буксовании эта сила мала, то примем F_в=0);

F_j= G_сц*j,                                                                                            (24)

где j-коэффициент сцепления (для асфальтобетонного покрытия j=0,75) [1]: