Метод испытаний и оценки тягово-скоростных качеств автомобиля

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Костанайский социально-технический университет

имени академика Зулхарнай Алдамжар

ДИПЛОМНАЯ РАБОТА

Специальность 50 713 «Транспорт, транспортная техника и технологии»

На тему: «Метод испытаний и оценки тягово-скоростных качеств автомобиля»

Выполнил

Иманалинов Д.А.

Научный руководитель

Ст.преподаватель Сагимбаев Р.И.

Костанай 2010

1. Тяговый расчет автомобиля

1.1 Определение полной массы автомобиля

1.2 Распределение полной массы по мостам автомобиля

1.3 Подбор шин

1.4 Определение силы лобового сопротивления воздуха

1.5 Выбор характеристики двигателя

1.6 Определение передаточного числа главной передачи

1.7 Определение передаточных чисел коробки передач

2. Построение внешней скоростной характеристики двигателя

3. Оценка тягово-скоростных свойств автомобиля

3.1 Тяговая характеристика автомобиля

3.1.1 Построение графика тяговой характеристики

3.1.2 Практическое использование тяговой характеристики автомобиля

3.2 Динамическая характеристика автомобиля

3.2.1 Построение динамической характеристики

3.2.2 Практическое использование динамической характеристики автомобиля

3.3 Ускорение автомобиля при разгоне

3.3.1 Построение графика ускорение автомобиля при разгоне

3.3.2 Практическое использование графика ускорений автомобиля

3.4 Характеристика времени и пути разгона автомобиля

3.4.1 Определение времени разгона

3.4.2 Определение пути разгона

3.4.3 Практическое использование характеристик времени и пути разгона автомобиля

4. Конструкторская часть. Динамический роликовый стенд

4.1 Назначение и техническая характеристика стенда

4.2 Устройство и работа механической части стенда

4.3 Система контроля наличия на стенде автомобиля

4.4 Принцип действия динамического стенда

4.5 Режимы эксплуатации стенда

5. Экономическая часть проекта. Топливная экономичность автомобиля

5.1 Построение топливной характеристики автомобиля

5.2 Определение эксплуатационного расхода топлива

6. Охрана труда Заключение Список используемой литературы

Введение

К 2012 году по дорогам мира будет ездить около 1 миллиарда автомобилей. Количественный и качественный рост автомобильного транспорта на улицах и дорогах положительно сказывается на развитие промышленности и сельского хозяйства Казахстана, улучшение условий труда и быта населения.

Автомобильный парк Казахстана на начало 2005 г. насчитывал 1 532 257 единиц (увеличение за год на 4,1 процента). Из этого числа количество легковых машин насчитывает 1 204 118 единиц. Личный транспорт занимает 86,1% от общего числа транспортных средств республики и составляет 1 319 427 единиц. Обеспеченность легковыми машинами в прошедшем году составила из расчета на 100 семей — 31 единицу, на 1000 жителей — 76 единиц.

В Казахстане функционируют построенные совместно с ВАЗом и КАМАЗ автосборочные заводы в г. Усть-Каменогорске и Петропавловске по выпуску внедорожников «Нива», легковых автомобилей «Шкода» и грузовых автомобилей «КАМАЗ», развернута широкая сеть авторынков, автосалонов, продающих новые и подержанные автомобили, выпускаемые в России, Германии, Японии, Корее, США и других странах земного шара.

Актуальность темы

В последние время в стране происходит увеличение численности автомобильного транспорта как легкового, так и грузового. Для выявления возможных неисправностей должны проводить качественную компьютерную диагностику, проведение которой позволило бы вовремя обнаружить и устранить возможные неисправности до того как они могут привести к поломке некоторых узлов автомобиля или полного выхода автомобиля из строя.

В качестве объекта исследования в работе был принят автомобиль марки ВАЗ-21 093.

При выполнении дипломной работы производится анализ тягово-скоростных и топливно-экономических свойств автомобиля ВАЗ-21 093. При анализе тягово-скоростных и топливно-экономических свойств используются данные технических характеристик заданного автомобиля.

Задачами работы являются поиск путей решения вопросов диагностики автотранспортных средств:

— исключить вероятность использования визуального метода диагностики на станции технического обслуживания.

— провести анализ возможных неисправностей автомобилей и средств, с помощью которых можно выявить их на ранней стадии

— разработать методику испытаний и оценки тягово-скоростных качеств автомобиля для компьютерной диагностики технического состояния.

1. Тяговый расчет автомобиля

1.1 Определение полной массы автомобиля Задачей тягового расчета является определение характеристик двигателя и трансмиссии, обеспечивающих требуемые тягово-скоростные свойства автомобиля и его топливную экономичность в заданных условиях эксплуатации.

Таблица 1. Краткая техническая характеристика автомобиля ВАЗ-21 093 (параметры автомобиля необходимые для выполнения работы)

Полная масса автомобиля определяется следующим образом:

(1.1)

где m_o — масса снаряженного автомобиля: m_o = 945 кг;

m_ч — масса водителя или пассажира: принимаем m_ч = 75 кг;

m_б — масса багажа из расчета на одного пассажира: m_б = 10 кг;

n_п — количество пассажиров, включая водителя: n_п = 5 чел.

1.2 Распределение полной массы по мостам автомобиля При распределении нагрузки по осям легкового автомобиля с передним расположением двигателя и передним ведущим мостом на задний мост приходится 43−47% полной массы автомобиля.

Принимаем что на менее нагруженный задний мост приходится 45% полной массы. Тогда на передний мост приходится 55% полной массы.

Определим полный вес автомобиля:

(1.2)

Определим вес, приходящийся на переднюю ось автомобиля:

(1.3)

Определим вес, приходящийся на заднюю ось автомобиля:

(1.4)

1.3 Подбор шин При выборе шин исходным параметром является нагрузка на наиболее нагруженных колесах. Наиболее нагруженными являются шины переднего моста. Определяем нагрузку на одну шину:

;(1.5)

где n — число шин одного моста: n = 2.

Н.

Из ГОСТ 4754– — 97 «Шины пневматические для легковых автомобилей, прицепов к ним, легких грузовых автомобилей и автобусов особо малой вместимости» принимаем шину 165/70R13.

Определяем посадочный диаметр обода d, наружный диаметр D_н и статический радиус колеса r_ст:

d = 13· 0,0254 = 0,3302 м;

(1.6)

где k_ш — H/B (H и B — высота и ширина профиля): для шины 165/70R13 k_ш = 0,7; B = 165 мм;

(1,7)

где л_ст — коэффициент, учитывающий смятие шины под нагрузкой: для радиальных шин легковых автомобилей принимаем л_см = 0,81;

Определяем радиус качения колеса:

(1.8)

1.4 Определение силы лобового сопротивления воздуха Определяем силу лобового сопротивления воздуха, которая напрямую зависит от лобовой площади автомобиля:

(1.9)

где А_В — площадь лобового сопротивления;

k_В — коэффициент воздушного сопротивления: принимаем k_В = 0,2;

(1.10)

где С — коэффициент формы, равный для легковых автомобилей — 0,89;

H_В и B_В — соответственно габаритные высота и ширина транспортного средства: H_В = 1,402 м, B_В = 1,62 м;

h — расстояние от бампера до поверхности дороги: принимаем h = 0,25 м;

В — ширина профиля шины: B = 0,165 м;

n — максимальное число колес одного моста автомобиля: при односкатных задних колесах n = 2.

1.5 Выбор характеристики двигателя Максимальная стендовая мощность двигателя = 52,6 кВт.

Определим максимальную мощность двигателя:

(1.11)

где — k_ст поправочный коэффициент, равный 0,93−0,96: принимаем k_ст = 0,95;

Мощность при максимальной скорости определяется на основании формулы:

(1.12)

где n_eVmax — обороты коленчатого вала двигателя при максимальной скорости (в данном автомобиле максимальная скорость на высшей передаче достигается при оборотах меньших чем максимальные);

n_p — обороты коленчатого вала двигателя при максимальной мощности: n_p = 5600 об/мин;

a, b, c — эмпирические коэффициенты.

Для карбюраторного двигателя легкового автомобиля коэффициенты находим по формулам:

(1.13)

(1.14)

(1.15)

где k_i — коэффициент приспособляемости по крутящему моменту;

k_щ — коэффициент приспособляемости по частоте вращения.

Коэффициенты приспособляемости рассчитываем по стендовым параметрам двигателя:

(1.16)

где — стендовый максимальный крутящий момент: = 106,4 Н· м;

— стендовый крутящий момент при максимальной мощности:

(1.17)

(1.18)

где — обороты коленчатого вала при максимальной мощности: = 5600 об/мин;

— обороты коленчатого вала при максимальном крутящем моменте: = 3400 об/мин.

Производим расчеты:

;

;

;

;

Проверяем условие:

(1.19)

Условие выполняется:

Определим обороты коленчатого вала при максимальной скорости:

;(1.20)

об/мин.

Рассчитываем мощность при максимальной скорости:

Мощность двигателя при максимальной скорости должна обеспечивать возможность движения при дорожном сопротивлении, которое для легковых автомобилей находится в пределах (ш_V = 0,015−0,025).

Определим дорожное сопротивление, которое может преодолеть данная модель автомобиля при максимальной скорости:

;(1.21)

где — КПД трансмиссии; при работе трансмиссии с полной нагрузкой, т. е.

при работе двигателя по внешней скоростной характеристике имеем:

;(1.22)

где — соответственно КПД цилиндрических шестерен наружного зацепления, внутреннего зацепления, конических шестерен и карданных сочленений, передающих крутящий момент от коленчатого вала двигателя к ведущим колесам на i-ой передаче в КП;

— соответственно число пар цилиндрических шестерен наружного зацепления, внутреннего зацепления, конических шестерен и число карданных сочленений, передающих крутящий момент от коленчатого вала двигателя к ведущим колесам на i-ой передаче в КП.

В расчетах принимаем:

;

.

Тогда дорожное сопротивление преодолеваемое автомобилем при движении с максимальной скоростью составит:

;

Дорожное сопротивление, преодолеваемое автомобилем при движении с максимальной скоростью .

1.6 Определение передаточного числа главной передачи Передаточное число главной передачи определяется исходя из условия обеспечения максимальной скорости движения автомобиля.

Определяем: какую максимальную скорость позволяет получить передаточное число главной передачи для заданной модели автомобиля:

;(1.23)

где — передаточное число высшей передачи в КП: ;

— передаточное число главной передачи: .

км/ч.

Передаточное число главной передачи подобрано таким образом, чтобы получить максимальную скорость при оборотах коленчатого вала меньше максимальных, при этом обеспечивается лучшая топливная экономичность автомобиля. Передаточное число главной передачи при максимальных оборотах двигателя обеспечивает максимальную скорость км/ч.

1.7 Определение передаточных чисел коробки передач Передаточное число первой передачи рассчитывается, исходя из того, чтобы автомобиль мог преодолеть максимальное сопротивление дороги, характеризуемое коэффициентом, не буксовал при трогании с места, и мог двигаться с устойчивой минимальной скоростью.

Для заданной модели автомобиля .

Максимальное сопротивление дороги для легковых автомобилей должно находится в пределах .

Определим максимальное сопротивление дороги, которое может преодолеть заданная модель автомобиля, при трогании с места:

;(1.24)

.

Максимальное дорожное сопротивление, которое может преодолеть автомобиль при трогании с места .

Определим минимальный коэффициент сцепления, при котором данный автомобиль может тронуться с места без пробуксовки ведущих колес:

;(1.25)

где — коэффициент перераспределения нормальных реакций, для переднеприводного автомобиля принимаем .

.

Минимальный коэффициент сцепления составил .

Определим минимальную устойчивую скорость движения автомобиля:

;(1.26)

где — минимальные устойчивые обороты двигателя при полностью открытой дроссельной заслонке под нагрузкой, принимаем для карбюраторного двигателя об/мин.

км/ч.

Передаточные числа промежуточных передач выбираются из условия обеспечения максимальной интенсивности разгона автомобиля, а также длительного движения при повышенном сопротивлении дороги.

;(1.27)

где n — номер повышающей передачи;

m — номер передачи для которой ведется расчет.

;

;

.

Рассчитанные и фактические значения передаточных чисел коробки передач приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 Передаточные числа КП

Как видно из таблицы 1.1 фактические значения передаточных чисел промежуточных передач меньше рассчитанных значений. Таким образом, коробка передач заданного автомобиля не обеспечивает максимальной интенсивности разгона автомобиля. Поскольку фактические значения передаточных чисел промежуточных передач незначительно отличаются от рассчитанных значений можно сделать вывод, что данная коробка передач обеспечивает уместную интенсивность разгона автомобиля, при улучшенных показателях топливной экономичности.

2. Построение внешней скоростной характеристики двигателя Скоростной характеристикой двигателя называется зависимость эффективной мощности и крутящего момента от угловой скорости или частоты вращения коленчатого вала двигателя при установившемся режиме работы.

Скоростная характеристика двигателя, полученная при полной подаче топлива, называется внешней скоростной характеристикой.

Значения мощности при различной частоте вращения коленчатого вала определяем по формуле:

(2.1)

Значение вращающего момента при различных оборотах рассчитываем по формуле:

(2.2)

Для нахождения стендовых характеристик двигателя полученные значения мощностей и моментов, разделим на коэффициент стенда:

(2.3)

(2.4)

Производим расcчеты:

Для следующих значений расчеты ведем аналогично. Результаты расчетов заносим в таблицу 2.1.

Таблица 2.1 Результаты расчетов внешней скоростной характеристики

По рассчитанным значениям строим внешнюю скоростную характеристику (рисунок 2.1).

Рисунок 2.1 Внешняя скоростная характеристика двигателя

3. Оценка тягово-скоростных свойств автомобиля

3.1 Тяговая характеристика автомобиля С целью решения уравнения движения автомобиля методом силового баланса, представим его в виде:

;(3.1)

где — сила тяги, приложенная к ведущим колесам;

— сила сопротивления качению;

— сила сопротивления подъема;

— сила сопротивления воздуха;

— сила сопротивления разгону.

Полученное уравнение называют уравнением силового (или тягового) баланса. Уравнение силового баланса показывает, что сумма всех сил сопротивления движению в любой момент времени равна окружной силе на ведущих колесах автомобиля. Уравнение позволяет определить величину окружной силы, развиваемой на ведущих колесах автомобиля, и установить, как она распределяется по различным видам сопротивлений.

Графическое изображение уравнения силового (тягового) баланса в координатах «окружная сила — скорость», называется тяговой характеристикой автомобиля.

3.1.1 Построение графика тяговой характеристики Определим значения окружной силы, в зависимости от скорости, при движении автомобиля на различных передачах:

.(3.2)

В данном уравнении эффективный крутящий момент является функцией от оборотов коленчатого вала n_e. Значение эффективного крутящего момента в зависимости от оборотов коленчатого вала n_e определяется по внешней скоростной характеристике двигателя.

В предположении отсутствия буксования сцепления и ведущих колес автомобиля связь между частотой вращения коленчатого вала двигателя n_e и скоростью V находится из соотношения:

;(3.3)

где i — номер передачи.

Производим расчеты значений окружной силы и скорости V_i для различных оборотов коленчатого вала в диапазоне от n_emin до n_emax на различных передачах коробки передач.

Н;

км/ч.

Для следующих значений на i-той передаче расчеты ведем аналогично. Результаты расчетов заносим в таблицу 3.1. Полученные значения наносим на тяговую характеристику.

Определим силу сопротивления качению в зависимости от скорости движения автомобиля:

;(3.4)

где f_o — коэффициент сопротивления качению при движении автомобиля с малой скоростью (при расчетах используем значение f_o = 0,012).

Cилу сопротивления подъема принимаем равной нулю, так как рассматриваем движение автомобиля на дороге без уклона.

Определим силу сопротивления воздуха в зависимости от скорости движения автомобиля:

.(3.5)

Производим расчеты:

Н;

Н.

Последующие расчеты ведем аналогично. Результаты расчетов заносим в таблицу 3.2. Полученные значения наносим на тяговую характеристику.

Таблица 3.1 Результаты расчетов окружной силы

Таблица 3.2 Результаты расчетов сил сопротивления дороги (качения) и воздуха

По рассчитанным значениям строим тяговую характеристику автомобиля (рисунок 3.1).

Рисунок 3.1 Тяговая характеристика автомобиля

3.1.2 Практическое использование тяговой характеристики автомобиля По тяговой характеристике автомобиля определяем следующие показатели:

1. Максимальную скорость движения автомобиля. Ее определяют по абсциссе: точки пересечения кривых, совместной силы сопротивления воздуха и дорожного сопротивления и силы тяги на высшей передаче. У данного автомобиля сила тяги на высшей передаче, при максимальных оборотах двигателя больше совместной силы сопротивления воздуха и дорожного сопротивления. Можно сделать заключение, что у данного автомобиля имеется запас силы тяги, который позволит двигаться автомобилю по дороге с уклоном без снижения скорости.

Максимальная скорость движения автомобиля на 5-й и 4-й передаче V_max = 156 км/ч, V'_max = 161 км/ч.

2. Окружная сила F_кv при максимальной скорости V_max: Н.

3. Максимальная окружная сила на высшей передаче F_к5max:

F_к5max = 1006,9 Н.

4. Максимальная окружная сила F_кmax, развиваемая на ведущих колесах автомобиля: F_кmax = 4669,8 Н.

5. Минимальная устойчивая скорость движения автомобиля V_min:

V_min = 4,531 км/ч.

6. Максимальная окружная сила по сцеплению шин ведущих колес с дорогой F_ц:

;(3.6)

Н.

На данном покрытии (асфальтобетонное шоссе) сила сцепления ведущих колес с дорогой больше максимального значения окружной силы тяги.

7. Критическая скорость движения автомобиля по условию величины окружной силы на высшей передаче V_к5: V_к5 = 119,089 км/ч.

8. Скоростной диапазон автомобиля на высшей передаче dV₅:

;(3.7)

.

9. Силовой диапазон автомобиля на высшей передаче dF₅:

;(3.8)

.

3.2 Динамическая характеристика автомобиля Методы силового и мощностного балансов затруднительно использовать при сравнении тягово-динамических свойств автомобилей, имеющих различные веса и грузоподъемности, т. к. при движении их в одинаковых условиях силы и мощности, необходимые для преодоления суммарного дорожного сопротивления различны. От этого недостатка свободен метод решения уравнения движения с помощью динамической характеристики. Поэтому воспользуемся методом решения уравнения движения с помощью динамической характеристики.

Графическая зависимость динамического фактора от скорости движения автомобиля при различных передачах и полной нагрузке называется динамической характеристикой.

3.2.1 Построение динамической характеристики При построении динамической характеристики используем следующие допущения:

1) двигатель работает по внешней скоростной характеристике;

2) автомобиль движется по ровной горизонтальной дороге.

С целью построения динамической характеристики воспользуемся безразмерной величиной D — динамическим фактором, равным отношению свободной силы тяги (F_к — F_в) к силе тяжести автомобиля G_a:

.(3.9)

Для расчета динамического фактора D и построения динамической характеристики используют значения F_кi и F_в в функции скорости движения автомобиля V на различных передачах.

Таким образом имеем:

.(3.10)

Производим расчеты:

.

Последующие расчеты ведем аналогично. Результаты расчетов заносим в таблицу 3.3. Полученные значения наносим на динамическую характеристику.

Для решения уравнения движения на динамическую характеристику наносится зависимость коэффициента сопротивления дороги ш от скорости. Поскольку в нашем случае дорога без уклона ш = f.

.(3.11)

Производим расчет:

.

Последующие расчеты ведем аналогично. Результаты расчетов заносим в таблицу 3.4. Полученные значения наносим на динамическую характеристику.

По рассчитанным значениям строим тяговую характеристику автомобиля (рисунок 3.2).

Таблица 3.3 Результаты расчетов динамического фактора D

Таблица 3.4 Результаты расчетов коэффициента сопротивления дороги ш

Рисунок 3.2 Динамическая характеристика автомобиля

3.2.2 Практическое использование динамической характеристики автомобиля По динамической характеристике автомобиля определяем следующие показатели:

1. Максимальная скорость движения автомобиля на 5-й и 4-й передаче

V_max = 156 км/ч, V'_max = 161 км/ч.

2. Динамический фактор при максимальной скорости движения автомобиля D_v: .

3. Максимальный динамический фактор на высшей передаче D_5max:

D_5max = 0,0591.

4. Максимальный динамический фактор автомобиля D_max: D_max = 0,347.

5. Максимальное дорожное сопротивление, преодолеваемое автомобилем на высшей и низшей передачах: , .

6. Максимальный подъем, преодолеваемый автомобилем на высшей и низшей передачах :

;(3.12)

;

;(3.13)

.

7. Минимальная устойчивая скорость движения автомобиля V_min:

V_min = 4,531 км/ч.

8. Динамический фактор по сцеплению шин с поверхностью дорожного покрытия D_ц:

;(3.14)

.

9. Критическая скорость движения автомобиля на высшей передаче по условию величины динамического фактора V_к5: V_к5 = 63,047 км/ч.

10. Скоростной диапазон автомобиля на высшей передаче dV₅ :

;(3.15)

.

11. Силовой диапазон автомобиля на высшей передаче dD₅:

;(3.16)

.

3.3 Ускорение автомобиля при разгоне Ускорение рассчитывают применительно к горизонтальной дороге с твердым покрытием при условии максимального использования мощности двигателя и отсутствии буксования ведущих колес.

3.3.1 Построение графика ускорение автомобиля при разгоне Величину ускорения находим из уравнения, связывающего динамический фактор с условиями движения автомобиля:

;(3.17)

где — коэффициент учета вращающихся масс;

;(3.18)

для одиночных автомобилей при их номинальной нагрузке можно считать; .

Таким образом, имеем:

;(3.19)

Производим расчеты:

Последующие расчеты ведем аналогично. Результаты расчетов заносим в таблицу 3.5. Полученные значения наносим на график ускорений автомобиля.

По рассчитанным значениям строим график ускорений автомобиля (рисунок 3.3).

Таблица 3.5 Результаты расчетов ускорения автомобиля а

Рисунок 3.3 График ускорений автомобиля

3.3.2 Практическое использование графика ускорений автомобиля По графику ускорений автомобиля определяем следующие показатели:

1. Максимальное ускорение а_хmax: а_хmax = 2,074 .

2. Скорость автомобиля при максимальном ускорении V_axmax:

V_axmax = 25,678 км/ч.

3. Максимальное ускорение на высшей передаче a_x5max: a_x5max = 0,415 .

4. Скорость автомобиля на высшей передаче при максимальном ускорении V_ax5max: V_ax5max = 60 км/ч.

5. Максимальная скорость движения автомобиля на 5-й и 4-й передаче

V_max = 156 км/ч, V'_max = 161 км/ч.

3.4 Характеристика времени и пути разгона автомобиля Путь и время разгона рассчитывают в предположении, что автомобиль разгоняется на ровной горизонтальной дороге, при полной подаче топлива, на участке длиной 2000 м (соглсно ГОСТ 22 576–90 «Автотранспортные средства. Скоростные свойства. Методы испытаний.»).

3.4.1 Определение времени разгона Трогание автомобиля с места начинают на передаче, обеспечивающей максимальное ускорение. Для определения наиболее интенсивного разгона в расчет вводят максимально возможное ускорение при данной скорости движения автомобиля.

Для первой передачи расчет ведется в диапазоне от V_mink до V_maxk.

Для определения времени разгона разбиваем кривую ускорения на каждой передаче на интервалы. Определим изменение скорости на этих промежутках:

.(3.20)

Среднее ускорение для i-того интервала составит:

.(3.21)

Время движения автомобиля Дt_i в секундах, за которое его скорость вырастает на величину ДV_i, определяется по закону равноускоренного движения:

.(3.22)

Общее время разгона автомобиля на k-ой передаче от скорости V_mink до V_maxk, при которой начинается переключение на (k + 1)-ую передачу, находят суммированием времен разгона в интервалах:

(3.23)

Принимаем время переключения передачи с.

Падение скорости автомобиля при переключении передачи рассчитываем по формуле:

.(3.24)

Для следующей передачи расчет ведется в диапазоне от V_mink+1 = V_maxk — V_П до V_maxk+1.

Производим расчеты. Рассчитанные значения заносим в таблицы 3.6 для 1-й передачи, 3.7 для 2-й передачи, 3.8 для 3-й передачи, 3.9 для 4-й передачи. Для 5-й передачи расчет не проводится.

3.4.2 Определение пути разгона Средняя скорость в интервале от до составляет:

.(3.25)

При равноускоренном движении в интервале от до путь проходимый автомобилем составляет:

.(3.26)

Путь разгона автомобиля от минимальной скорости до максимальной на данной передаче определяем суммированием:

(3.27)

Определим путь проходимый автомобилем за время переключения передачи:

.(3.28)

Для построения графика разгона автомобиля время и путь разгона на последующей передаче прибавляется к соответствующим значениям на предыдущей передаче.

Производим расчеты. Рассчитанные значения заносим в таблицы 3.6 для 1-й передачи, 3.7 для 2-й передачи, 3.8 для 3-й передачи, 3.9 для 4-й передачи.

Производим построение скоростных характеристик времени (рисунок 3.4) и пути разгона автомобиля (рисунок 3.5).

Таблица 3.6 Расчет характеристик времени и пути разгона автомобиля на 1-й передаче

Таблица 3.7 Расчет характеристик времени и пути разгона автомобиля на 2-й передаче

Таблица 3.8 Расчет характеристик времени и пути разгона автомобиля на 3-й передаче

Таблица 3.9 Расчет характеристик времени и пути разгона автомобиля на 4-й передаче

Рисунок 3.4 Скоростная характеристика времени разгона автомобиля Рисунок 3.5 Скоростная характеристика пути разгона автомобиля

3.4.3 Практическое использование характеристик времени и пути разгона автомобиля По скоростной характеристике разгона определяются следующие оценочные измерители тягово-скоростных свойств автомобиля:

1) условная максимальная скорость V_ymax в км/ч.

Данная скорость определяется как средняя скорость прохождения автомобилем последних 400 м двухкилометрового участка:

;(3.29)

где t₂₀₀₀ и t₁₆₀₀ — время разгона автомобиля на участках протяженностью соответственно 2000 м и 1600 м;

км/ч;

2) время разгона автомобиля t₄₀₀ и t₁₀₀₀ на участках протяженностью 400 м и 1000 м.

По характеристикам времени и пути разгона автомобиля t₄₀₀ = 23 с;

t₁₀₀₀ = 42 с;

3) время разгона t_з до заданной скорости V_з.

Для автотранспортных средств полной массой менее 3,5 т V_з = 100 км/ч.

По характеристикам времени и пути разгона автомобиля t_з = 22,4 с.

4. Конструкторская часть. Динамический роликовый стенд

4.1 Назначение и техническая характеристика стенда Стенд динамический мощностной роликовый предназначен для определения динамических, тягово-скоростных характеристик автомобиля, оценки состояния узлов, агрегатов и систем автомобиля, а также определение параметров тормозной системы автомобилей, влияющих на безопасность дорожного движения по ГОСТ Р 51 709−2001.

Функциональные возможности стенда при проведении различных видов испытаний:

* Имитация движения автомобиля с заданными дорожными нагрузками;

* Имитация движения автомобиля с заданными уклонами и подъемами;

* Имитация движения автомобиля с заданными аэродинамическими сопротивлениями;

* Имитация движения автомобиля с заданными инерционными массами;

* Определение механических потерь в трансмиссии автомобиля;

* Определение динамических показателей автомобиля при разгоне на различных передачах;

* Определение скоростных и нагрузочных характеристик двигателя;

* Определение тягово-скоростных характеристик автомобиля;

* Определение топливных характеристик автомобиля при движении на постоянных скоростях движения;

* Определение топливных характеристик автомобиля при движении по городскому циклу. При этом осуществляется автоматическое считывание по диагностической линии (K-line) паспортных данных контроллера ЭСУД, параметров, характеризующих состояние датчиков, параметров характеризующих качество программирования контроллера и параметров, характеризующих состояние двигателя и его систем, с последующей очисткой памяти ошибок контроллера;

* Качественная оценка параметров автомобиля после сборки при движении автомобиля по заданному технологическому циклу.

* Проверка эффективности тормозной системы автомобиля согласно ГОСТ Р 51 709−2001 с определением следующих параметров:

— усилие на органе управления рабочей тормозной системы;

— усилия на органе управления стояночной тормозной системы;

— удельной тормозной силы рабочей тормозной системы;

— удельной тормозной силы стояночной тормозной системы;

— относительной разности тормозных сил колес каждой оси;

— тормозных сил в момент срабатывания регулятора давления;

— относительной разностей тормозных сил передней и задней осей;

— неравномерности тормозной силы за один оборот на каждом колесе.

Все испытания проводятся с обязательным документированием и сохранением протоколов испытаний.

Стенд может применяться для эксплуатации на выделенных территориях автотранспортных предприятий, электрические сети которых не связаны с сетями жилых домов.

Стенд может использоваться в автомобильной промышленности и сельскохозяйственном машиностроении.

Стенд соответствует всем требованиям, обеспечивающим безопасность потребителя согласно ГОСТ 26 104, ГОСТ 12.2.007.0.

Стенд может эксплуатироваться в условиях:

— диапазон температур в помещении для испытаний +5 ^оС …+55^оС

— максимальная относительная влажность воздуха в помещении для испытаний ?75%.

Таблица 4.1 Технические характеристики

Дополнительные технические данные Диапазон моделирования маховых масс т 400 кг до 1000 кг Максимальное ускорение испытательного стенда 6 м/с²

Точность компенсации потерь < 5H

Разрешающая способность измерения длины пути 10 см Разрешающая способность измерения времени 10 мс.

Точность измерения времени ±10 мс Макс. относительная влажность воздуха в помещении для испытаний ?75%

Параметры роликовой установки, мм:

— диаметр роликов 505

— ширина роликов 750

— расстояние между внутренними кромками роликов, мм 500

Расстояние между осями комплектов роликов, мм 595−625

Шероховатость поверхности роликов * Rz 200

Материал напыления** AP-NiCr17 (ПР-НХ17СР4)

Твердость поверхности роликов 60 HRCэ Дисбаланс роликов — не более 0,002 кг. м Точность изготовления роликов — биение, мм, не более 0,1

Диапазон регулирования базы автомобиля, мм 2200…2900

Точность установки базы, мм ±1

Минимальный коэффициент сцепления роликов 0,65

*Шероховатость поверхности может быть увеличена до Rz 1000

**Материал напыления допустимый — ВК3, ВК6, ВК, Т15К6, Т15К10, Т30К4, ПГСР-4 и др.

4.2 Устройство и работа механической части стенда.

Состав испытательного стенда:

? основание;

? блоков роликов (передний — подвижный, задний — неподвижный), включающих в себя по два комплекта сдвоенных роликов, установленных на подвижной и неподвижной рамах — 2шт.;

? механизма автоматической регулировки колесной базы (привода подвижного блока роликов);

? заслонка для отвода отработанных газов;

? лотки для сбора/удаления конденсата и дыма из отсека двигателя (3 шт.);

Каждый комплект сдвоенных роликов соединен с двигателем переменного тока векторного управления. Двигатели управляются преобразователями частоты и работают по отдельности в режиме привода или генератора. Центральный блок управления выявляет требующиеся параметры (например, количество оборотов в минуту/крутящий момент) для независимой синхронной работы двигателей. Энергетический обмен между двигателями осуществляется через DC-контур. Избыточная энергия возвращается в энергосистему. Поток данных проходит через систему шин.

Основание стенда. Сварное основание состоит из рамы и направляющих подвижного блока роликов. Неподвижный блок крепится на раму при помощи резьбовых соединений. Подвижный блок устанавливается на направляющие, которые обеспечивают возможность перемещения с целью регулирования колесной базы под имеющуюся базу АТС.

Рама крепится к подготовленной поверхности при помощи анкерных болтов.

Конструкция основания предусматривает также возможность регулирования по высоте для установки комплектов роликов в горизонтальной плоскости относительно настила строительного сооружения.

Блок сдвоенных роликов для передней оси, подвижный и блок сдвоенных роликов для задней оси, неподвижный Состав каждого блока:

* жесткая рама для размещения комплектов беговых роликов, смонтированных на подшипниковых опорах;

* комплект беговых роликов;

* приводы беговых роликов — 2 шт.;

* ременные передачи — 4 шт.;

* натяжные ролики — 4 шт.;

* предохранительные ролики — 2 шт.;

* ограничительные ролики — 2 шт.;

* механизм опускания-подъема АТС (лифт) -2 шт.

Подвижный блок роликов оснащен двумя щитками (правым и левым), предназначенными для защиты диагностируемого АТС от попадания в зону перемещения блока роликов.

На сварной раме смонтировано два привода вращения беговых роликов: привод правого колеса и привод левого колеса, связанные со стационарно закрепленными роликами (неподвижными) зубчатой ременной передачей.

Комплект беговых роликов состоит из неподвижного бегового ролика и подвижного, выполненного с возможностью перемещения с целью регулирования расстояния между роликами в зависимости от диаметра колеса АТС.

Беговые ролики каждого комплекта служат для размещения одного из колес АТС во время испытаний. Вращение беговых роликов осуществляется как от АТС, так и от привода роликов. Беговые ролики имеют фрикционное покрытие, предохраняющее проскальзывание колеса АТС относительно ролика. С внешней стороны каждый ролик имеет специальные вырезы, издающие резкий звуковой сигнал при наезде на него колеса АТС. Между собой ролики каждого комплекта связаны зубчатой ременной передачей.

Привод беговых роликов состоит из электродвигателя с векторным управлением, закрепленным на кронштейне, и встроенного датчика скорости.

Кронштейн свободно подвешен на специальных рессорах относительно сварного основания, закрепленного на раме комплекта блоков роликов. Под кронштейном расположен датчик усилия, закрепленный на основании привода, который воспринимает нагрузку от электродвигателя через выступ на кронштейне.

Электродвигатель через муфту связан с валом, несущим ведущий шкив. Вал смонтирован на подшипниковых опорах.

Ведущий шкив привода соединен ременной передачей с ведомым шкивом бегового ролика. Натяжение ременной передачи осуществляют натяжным роликом посредством резьбовой передачи.

Беговые ролики динамически сбалансированы и установлены на подшипниках, размещенных в опорах. Подшипниковые опоры подвижных беговых роликов имеют возможность перемещения посредством упорных винтов.

Между собой неподвижные и подвижные беговые ролики связаны ременными передачами, натяжение которых также осуществляется натяжным роликом.

Для обеспечения вращения беговых роликов с одинаковой скоростью, а также передачи вращения с заданной скоростью от двигателя, используются синхронные ремни зубчатого типа в паре с зубчатыми шкивами.

Предохранительные ролики расположены в передней части подвижного блока роликов и задней части неподвижного блока роликов и служат для предотвращения непредвиденного выезда АТС со стенда.

Предохранительные ролики имеют возможность вращения относительно своих осей и расположены на кронштейнах-рычагах. Рычаги установлены на подшипниковых опорах стационарных беговых роликов и поднимаются (опускаются) под действием пневмоцилиндров. Когда предохранительные ролики находятся в верхнем положении, рычаги контактируют со специальными замками (действующими от пневматики), которые удерживают рычаги при аварийном наезде АТС на предохранительных роликах.

Ограничительные ролики служат для удерживания АТС при боковом смещении с беговых роликов. Ограничительные ролики, с возможностью вращения при контакте с вращающимся колесом АТС, смонтированы на неподвижных кронштейнах.

Механизм опускания (подъема) АТС (лифт) служит для заезда-выезда АТС с беговых роликов.

Лифты опускаются и поднимаются при помощи рычажного устройства и сильфонных пневматических цилиндров, закрепленных на раме комплекта роликов. Лифты снабжены вращающимися скалками, которые с помощью специального устройства — датчика проскальзывания — при замере тормозных сил определяют момент блокирования колеса АТС и подают сигнал на прерывание контакта скалки с колесом АТС.

Вращающиеся скалки могут перемещаться в вертикальном направлении посредством пневмоцилиндров, установленных на подшипниковых опорах с направляющими.

4.3 Система контроля наличия на стенде автомобиля Система контроля проверяет наличие автомобиля на стенде. Ультразвуковой датчик, закрепленный около бокового ролика задней оси, служит для контроля наличия автомобиля на роликах стенда.

Механизм автоматической регулировки колесной базы Состав механизма автоматической регулировки:

* привод рамы 1 шт.;

? винтовая пара (2 шт.);

? редуктор с трехфазным двигателем (2 шт.).

* устройства автоматического управления перемещения;

? ультразвуковой датчик (1 шт.).

Благодаря механизму автоматической регулировки колесной базы стенд может быть отрегулирован под колесную базу испытуемого автомобиля в заданных пределах путем перемещения подвижного блока роликов.

Конструктивно привод рамы состоит из поперечной балки, установленной на две продольные балки, закрепленные на основании. На поперечной балке смонтирован асинхронный двигатель с двумя выходными концами, которые передают вращение на червячные редукторы со встроенными гайками в червячных колесах. Вращающиеся гайки (червячные колеса) перемещают винты, жестко закрепленные на подвижной раме, и таким образом перемещают подвижный блок роликов, установленный на направляющие посредством специальных тележек, жестко закрепленных на раме.

Напольное покрытие (настил) испытательного стенда Настил испытательного стенда выполнен из металлических рифленых листов, которые укладываются на балках, установленные на раме динамометрического стенда и на продольных балках торцевых стен фундамента.

Настил вокруг зоны движения автомобиля имеет входной люк.

Лотки для сбора/удаления конденсата и дыма из отсека двигателя Лотки (3 шт.) предназначены для сбора жидкостей. Система лотков для сбора жидкостей состоит из следующих элементов:

* лоток со стороны передней оси

* лоток со стороны задней оси (2 шт.).

Отвод конденсата из моторного отсека (передней оси) и зоны расположения глушителя автомобиля (задней оси) осуществляется через патрубки лотков.

Заслонка для отвода отработанных газов (шибер)

C целью отвода отработанных газов, в задней части стенда устанавливается заслонка, которая располагается непосредственно сзади трубы системы выпуска отработанных газов автомобиля.

Заслонка представляет собой треугольную раму, длиной 2,1 м, которая поворачивается после заезда АТС на угол 60 град с помощью двух пневматических цилиндров. Отсос отработавших газов происходит через решетки заслонки со стороны глушителя. Вытяжка отработавших газов осуществляется через вентиляционный короб, расположенный под настилом.

Система отслеживания положения и распознавания автомобиля Система предназначена для отслеживания расположения автомобиля относительно передних боковых ограничительных роликов на стенде. Эта информация выводится на монитор водителя и позволяет ему ровно удерживать автомобиль на стенде. Система слежения состоит из аналогового ультразвукового датчика на передней оси.

Пневматика Состав пневмосистемы:

— система подготовки воздуха,

— система управления въездными и выездными воротами,

— система управления подъема/опускания «Монитора водителя»,

— система управления заслонки для отвода отработавших газов,

— система управления лифтами,

— система управления предохранительными роликами и их фиксаторами (замками).

Основные характеристики пневматической системы приведены ниже в таблице.

Таблица 4.2 Технические характеристики системы

Комплект элементов по технике безопасности Испытательный стенд оснащен большим количеством защитного оборудования, а также защитных функций для предотвращения травматизма оператора и повреждения автомобиля и стенда.

Состав защитного оборудования:

* кнопки аварийного останова на панели управления оператора и на пульте дистанционного управления;

* различные программные функции по безопасности.

Система контроля проскальзывния колес автомобиля Система следящего действия предназначена для контроля проскальзывания каждого колеса относительно беговых роликов.

Состав системы слежения:

* датчик на передней оси (2 шт.)

* датчик на задней оси (2 шт.)

Кабина Состав кабины:

? шумоизолирующий кожух. Для обеспечения звукопоглощения внутренние стены кабины обшиты перфорированными оцинкованными листами.

? обзорные сферические зеркала с углом обзора 160 градусов (4 шт.)

? въездные/выездные складывающихся ворот с электроблокировкой

? система управления воротами

? комплект освещения кабины (500 люкс) — шести светильников

? светофор (2 шт.)

? распределительный шкаф

? стенная розетка (2 шт.)

? шкаф силовой, расположенный на крыше (2 шт.);

? проводка.

Под настилом расположен приямок, где установлен динамический стенд на раме, шины для укладки датчиков, кабелей питания и связи.

Оборудование для приточной и вытяжной вентиляции устанавливается на крыше кабины.

Трубопроводы вытяжной вентиляции проложены под настилом кабины для отсасывания отработавших выхлопных газов и скопившихся под настилом газов.

Трубопровод приточной вентиляции проложен внутри кабины.

Кабина также укомплектована:

— светофором, закрепленным над въездными воротами, с двумя различными цветами для отображения состояния испытательного стенда На боковых стенах имеются по одному окну размером 800×1000 мм.

ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ Состав электрооборудования роликового стенда:

1. Шкаф распределительный,

? общий вводной автоматический выключатель,

? автоматический выключатель и тепловое реле на электроприводы,

? автоматический выключатель и тепловое реле на систему управления,

? автоматический выключатель и тепловое реле на освещение кабиной,

? автоматический выключатель и тепловое реле на вентиляцию.

2. Силовой шкаф (шкаф привода) (2 шт.),

? вводной рубильник с 3 -мя предохранителями,

? коммутирующий дроссель с источником питания на 2 привода,

? привод SIMODRIVE 611 ф. SIEMENS (2 шт.).

3. Шкаф компьютерный,

? программируемый контроллер ф. Siemens SIMATIC-S7,

? промышленный компьютер ф. Siemens SIMATIC RACK PC IL 43.

? цветной монитор 15ґ,

? клавиатура,

? мышь,

? источник бесперебойного питания 700 ВА.

4. Асинхронный электродвигатель 1РН71672NF030CA0 управления роликами стенда ф. SIEMENS. (4 шт.)

На стойке (рядом с компьютерным шкафом) закреплен пульт управления.

На приборной стойке расположен принтер для распечатки протокола по результатам проверки.

Монитор водителя:

— промышленного цветного монитора;

— механизма подъема/опускания монитора.

Таблица 4.3

Устройство калибровки крутящего момента (устройство контроля усилия привода) Данное устройство предназначено для калибровки датчиков силы.

Автоматика Автоматика испытательного стенда является частью общей концепции управления для завершающей стадии сборки. Настройка под отдельные задачи управления осуществляется через установку параметров базисного программного обеспечения, которое для управления системой и последовательностью испытаний работает на промышленных ПК под операционной системой WINDOWS 2000.

Связь Связь между оператором и органами управления стенда производится через различные элементы визуализации и управления (экран, текстовые дисплей, сигнальные лампы, клавиатура, нажимные клавиши и т. д.).

4.4 Принцип действия динамического стенда Проверяемый автомобиль всеми колесами устанавливается на сдвоенные ролики стенда, приводимые во вращение по программе компьютера от асинхронных электродвигателей.

После идентификации автомобиля с помощью штрих-кода в базу данных вносится информация об автомобиле и его комплектации, водитель с пульта оператора вводит свой код. Компьютер по комплектации автомобиля определяет константы и коэффициенты и готовится к началу испытаний.

Сообщение о готовности работы стенда поступает на монитор водителя, на котором в последующем индицируется весь испытательный процесс.

Испытательный процесс запускается с пульта дистанционного управления.

По окончании программы испытаний на принтере распечатывается протокол испытаний и кодов ошибок при их возникновении, а роликовый стенд переходит в режим «Выезд» .

Общее время проверки согласно графику ездового цикла не более 4 минут обеспечивает производительность проверок не менее 15 автомобилей в час.

Определение действительной величины скорости осуществляется с помощью цифровых импульсных датчиков с высокой разрешающей способностью с распознаванием направления вращения. Ускорение определяется дифференцированием сигнала частоты вращения вала асинхронной машины и используются во всех дальнейших расчетах для имитации вращающихся маховых масс и для определения тормозных усилий. Определение силы торможения производится высокоточным тензорезистивным датчиком.

За счет математической обработки результатов измерения тормозных сил колес передней и задней оси производится:

— оценка относительной разности тормозных сил:

— левая — правая сторона;

— передняя — задняя ось;

— оценка неравномерности тормозных сил за оборот колеса (вследствие биения и разнотолщинности тормозных дисков, овальности тормозных барабанов).

Передача данных производится в цифровой форме. Измерение длины пути производится на основе инкрементного датчика. Разрешающая способность измерения составляет 10 см. Для моделирования дороги и вращающихся маховых масс с использованием параметров автомобиля, скорости и рассчитанного значения ускорения определяется заданное значение силы тяги. Управление асинхронной машиной производится контроллером.

Стенд оборудован предохранительными устройствами и устройством защиты. В случае нарушения режима работы стенд может быть остановлен в быстром или аварийном режиме с помощью блокирующих устройств.

Непрерывная самодиагностика стенда распознает не только неисправности оборудования, но и ошибки оператора. Сервисная программа дает обслуживающему персоналу алгоритм поиска неисправностей.

4.5 Режимы эксплуатации стенда Режим управления нагрузкой В данном режиме стенд имитирует реальные дорожные условия с различными нагрузками на автомобиль. Водитель, изменяя положение дроссельной заслонки изменяет скорость движения автомобиля, а в зависимости от скорости автомобиля стенд имитирует заданную нагрузку на колесах. При этом моделируются не только статические нагрузки (масса автомобиля, коэффициент сопротивления качению, аэродинамические характеристики и т. д.), но и динамические (момент инерции автомобиля при различных ускорениях).

Режим управления скоростью В данном режиме стенд поддерживает движение автомобиля с любой заданной скоростью. Водитель, изменяя положение дроссельной заслонки, изменяет нагрузку на колесах.

Поверочный режим — для калибровки датчиков скорости и датчиков усилия по образцовым средствам. В поверочном режиме метрологами и обслуживающим персоналом производится калибровка датчиков скорости и датчиков усилия по образцовым средствам.

Испытательный стенд может функционировать в режимах ручного, автоматического управления и сервисном режиме.

В этих режимах работы могут работать лица, выполняющие ремонт, поверку и сервисное обслуживание стенда. В автоматическом режиме работы работают водители — испытатели.

«Ручной» режим может применяться для техобслуживания, приемки, устранения неполадок и прохода автомобилей без испытаний. В ручном режиме на стенде производятся пуско-наладочные и ремонтные работы.

В сервисном режиме с помощью компьютера, расположенного в шкафе управления, вводится алгоритм испытаний автомобиля, а также технологические допуска и установки. Кроме того, для ремонтников на экран монитора выводится диагностическая программа систем стенда. Программа для технологов и ремонтников защищены паролями.

В автоматическом режиме стенд работает следующим образом:

— над въездными воротами имеется светофор. При зеленом сигнале светофора въездные ворота кабины стенда открыты, и автомобиль может заезжать на стенд. После заезда на ролики стенда водитель через открытое окно со стойки шкафа управления снимает и закрепляет в автомобиле датчик измерения тормозного усилия, датчик измерения усилия ручного тормоза. Затем считывает ручным сканером штрих-код проверяемого автомобиля. После чего въездные и выездные ворота кабины автоматически закрываются, над воротами кабины загорается красный сигнал светофора. С верхней части кабины перед лобовым стеклом опускается «монитор водителя». С наружных сторон передних и задних роликов поднимаются упорные передние, задние ролики. Сзади автомобиля поднимается воздухо-заборная заслонка для отсасывания выхлопных газов. Включается система приточно-вытяжной вентиляции. На экране монитора высвечиваются команды очередности проверки систем автомобиля.

Результаты испытаний распечатывает принтер, расположенный рядом со шкафом управления.

Алгоритм работы в автоматическом режиме:

— автомобиль готов к испытаниям (стенд занят);

— автомобиль перед стендом (сигнал светофора);

— автомобиль на роликах;

— подключение испытательного кабеля к диагностическому стенду;

— подключение датчиков рабочего и стояночного тормозов

— идентификация данных автомобиля и водителя;

— подготовка роликового стенда (активация заслонки ОГ, контроль наличия автомобиля на стенде, установка ограничительных роликов, сообщение о готовности на мониторе) ;

— запуск ездовой программы с пульта дистанационного управления согласно техпроцессу;

— окончание ездовой программы с подтверждением на панели оператора;

— отсоединение испытательного кабеля от диагностического стенда;

— отсоединение датчиков усилия;

— выезд автомобиля со стенда;

— распечатка протокола испытаний.

Примечание — Монитор водителя обеспечивает сообщение об ошибках и предлагает корректирующие действия для водителя, которые нужно осуществлять во время испытаний.

Интерфейсы пользователя:

В автоматическом режиме управление стендом осуществляется с помощью компьютера.

В ручном режиме управление стендом производится с помощью функциональных клавиш пульта оператора.

Поверка, калибровка и диагностирование испытательного стенда производятся в сервисном режиме.

Программное обеспечение включает:

— программное обеспечение испытательного стенда;

— программное обеспечение диагностики ЭСУД и АБС;

— сервисная программа.

С помощью пакета программного обеспечения заданные и действительные значения представляются в режиме реального времени. Сервисный пакет ПО обеспечивает необходимые проверки и калибровки испытательного стенда, а также необходимые сервисные функции для поддержки оператора. ПО открыто для уточнения и редактирования по требованиям Заказчика, включая свободно программируемую библиотеку шагов испытаний.

Структурная электрическая схема роликового стенда приведена на рисунке 4.1.

Рисунок 4.1 Функциональная схема стенда Рисунок 4.2 Функциональная схема стенда

Рисунок 4.3 Структурная электрическая схема стенда Рисунок 4.4 Общий вид стенда Стоимость комплектующих узлов приведена в таблице 4.4

Таблица 4.4 Состав и стоимость динамического стенда

5. Топливная экономичность автомобиля Топливной экономичностью называют совокупность свойств, определяющих расход топлива при выполнении автомобилем транспортной работы в разных условиях движения.

Топливной характеристикой установившегося движения называют зависимость путевого расхода топлива от установившейся скорости при установившемся движении на ровной горизонтальной дороге на высшей передаче.

5.1 Построение топливной характеристики автомобиля При построении графика топливной характеристики установившегося движения для заданной скорости автомобиля на высшей передаче определяются следующие параметры.

Обороты коленчатого вала двигателя, соответствующие заданной в км/ч скорости. Обороты изменяются в диапазоне от об/мин до об/мин.

Значение эффективной мощности на валу двигателя, соответствующее полученным оборотам двигателя:

.(5.1)

Значение мощности предающейся в трансмиссию автомобиля:

.(5.2)

Значение мощности подводимой к ведущим колесам автомобиля на высшей передаче:

.(5.3)

Значение мощности затрачиваемой на преодоление сил дорожного сопротивления:

.(5.4)

Значение мощности затрачиваемой на преодоление сил сопротивления воздуха:

.(5.5)

Значение степени использования мощности:

.(5.6)

Значение степени использования оборотов коленчатого вала двигателя:

.(5.7)

Определяем коэффициенты, зависящие от степени использования мощности двигателя и частоты вращения коленчатого вала двигателя, для карбюраторного двигателя имеем:

;(5.8)

.(5.9)

Путевой расход топлива (в л/100км) определяем по формуле:

; (5.10)

где — удельный расход топлива при максимальной мощности, выше на 5−10%, для карбюраторного двигателя принимаем, тогда ;

— плотность топлива, для бензина .

Производим расчеты необходимых величин, результаты расчетов заносим в таблицу 5.1.

По полученным значениям строим мощностную (рисунок 5.1) и топливную (рисунок 5.2) характеристики автомобилей на высшей передаче.

Таблица 5.1 Расчет мощностной и топливной характеристик автомобиля на высшей передаче

Рисунок 5.1 Мощностная характеристика автомобиля на высшей передаче Рисунок 5.2 Топливная характеристика автомобиля на высшей передаче

5.2 Определение эксплуатационного расхода топлива Для определения эксплуатационного расхода топлива Q_э при движении автомобиля на высшей передаче по дороге с асфальто-бетонным покрытием:

1) задаемся максимальным значением скорости движения в соответствии с Правилами дорожного движения, для легковых автомобилей, а также грузовых автомобилей полной массой не более 3,5 т на автомагистралях скорость не более км/ч;

2) определяем эксплуатационную скорость:

;(5.11)

км/ч;

3) по графику топливной характеристики установившегося движения для эксплуатационной скорости V_э определяем расход топлива Q_Vэ:

Q_Vэ = 5,73 л/100км;

4) вычисляем эксплуатационный расход топлива Q_э в л/100 км:

(5.12)

л/100 км.

6. Охрана труда Научно-технический прогресс неизбежно рождает новые проблемы, связанные с охраной труда, решение которых возможно лишь на основе глубоких знаний, базирующихся на результатах научных исследований. Результаты этих исследований систематизированы и изложены в большом количестве различных положений, законодательных актов, стандартов безопасности, правил инструкции, строительных и санитарных норм.

Широкая механизация, электрификация производственных процессов, большое разнообразие сложной техники требуют от специалистов сельского хозяйства всесторонних знаний по охране труда, позволяющих квалифицированно решать вопросы создания здоровых и безопасных условий для своих подчиненных и выработки у них прочных навыков безопасного выполнения работ. Целью охраны труда является снижение травматизма и заболеваемости рабочих, служащих путем создания здоровых и безопасных условий труда. Для этого разрабатываются и совершенствуются стандарты безопасности труда, ведется обучение рабочих и специалистов вопросам охраны труда. |12|

Техническая реконструкция народного хозяйства, механизация, автоматизация, появление новых видов энергии (атомной, плазменной), широкое применение электроэнергии качественно изменили содержание труда. Прежде производственный труд имел преимущественно физический, мускульный характер, а сейчас в связи с научно-техническим прогрессом он все более интеллектуализируется. За счет техники значительно расширились возможности человека и одновременно возросли требования к безопасности труда.

В процессе трудовой деятельности человек подвержен воздействию ряда неблагоприятных факторов, которые могут вызвать нежелательные изменения состояния его здоровья. Максимальный уровень концентрации неблагоприятных факторов производств, не влияющих на состояние здоровья человека, называются предельно допустимым уровнем (ПДУ) или предельно-допустимой концентрацией (ПДК) вредностей. Если концентрация вредностей превышает допустимые нормы, то нарушается нормальная жизнедеятельность человеческого организма, это может привести к профессиональным заболеваниям.

Поэтому научному обоснованию ПДУ и ПДК уделяется исключительно большое внимание, а для повышения их значимости в практической работе они включены в систему стандартов безопасности труда (ССБТ) и, таким образом, имеют силу закона наряду с другими требованиями охраны труда.

Ниже представлена идентификация (опасности и вредности) опасных и вредных и производственных факторов в производственном процессе.

Опасные вредные производственные факторы в подсистеме «Человек»

Фактические перегрузки:

а) статистические перегрузки вызываются дополнительным требованием человека в вынужденной рабочей позе или длительном напряжении отдельных групп мышц;

б) динамические перегрузки вызываются большим количеством стереотипных движений за короткий промежуток времени;

в) гиподинамические перегрузки вызываются увеличением активности и снижением сопротивления частиц;

г) монотонность возникает в связи с выполнением однообразных действий и частных их повторений, а так же возникает в связи с воздействием на человека однообразного фактора окружающей рабочей среды или обстановки и дефиците поступающей информации.

Функциональное состояние организма человека характеризует его работоспособность или усталость Существует 7 фаз работоспособности человека. Три основных состояния:

1. номинальное;

2. пограничное;

3. патологическое.

Существует 6 категорий тяжести работы:

1. нормальное оптимальное состояние организма;

2. нормальное допустимое состояние организма;

3.малое пограничное состояние организма глубокое пограничное состояние;

4. глубокое пограничное состояния организма;

5. обратимое патологическое состояние организма;

6. необратимое патологическое состояние организма.

Опасные и вредные производственные факторы в подсистеме «машина»

В подсистеме «машина» действуют следующие опасные и вредные производственные факторы.

Активные могут оказать действие на человека непосредственно за счет многочисленной в ней системе:

1 Механические:

а) вибрация;

б) ударная волна;

в) шум.

2 Термические:

а) температура нагретых и охлажденных поверхностей.

3 Электрические:

а) электрический ток;

б) электричество.

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

а) коррозия;

б) недостаточная прочность конструкции;

в) повышенные нагрузки.

Активно — пассивные факторы активизируются за счет энергии носителем которых являются машины и оборудования:

а) острые подвижные элементы;

б) трение между соприкасающимися поверхностями;

в) неравномерность поверхности по которой перемещаются машины.

Техника безопасности при ремонте автотранспорта.

Помещение, где проводятся ремонтные работы, должно хорошо проветриваться, дверь — легко открываться как изнутри, так и снаружи.

Проход к выходу всегда держите свободным.

При работе двигателя (особенно на режимах прогрева) выделяется оксид углерода (СО) — ядовитый газ без цвета и запаха. Отравиться оксидом углерода (угарным газом) можно даже в открытом гараже, поэтому перед пуском двигателя обеспечьте отвод отработавших газов за пределы гаража. Например, шлангом, надев его на выпускную трубу. При отсутствии принудительной вытяжки пускать двигатель можно только на короткое время. При этом система выпуска и ее соединение со шлангом должны быть герметичны!

При ремонте системы питания двигателя будьте осторожны: бензин может попасть на горячий выпускной коллектор и вызвать пожар. Не включайте (и не выключайте) электроприборы автомобиля, если поблизости пролился бензин — проскочившая искра (даже при снятии «минусовой» клеммы с аккумулятора) может вызвать взрыв.

Во время сварочных работ держите под рукой ведро с водой, огнетушитель (лучше углекислотный). Перед этим отключите все электронные блоки управления и аккумуляторную батарею от бортовой сети автомобиля, а «массовый» контакт сварочного провода располагайте как можно ближе к месту сварки. Проследите за тем, чтобы ток не проходил через подвижные (подшипники, шаровые опоры) или резьбовые соединения — они могут быть повреждены.

При ремонте цепей электрооборудования или при риске их повреждения (сварка, рихтовка вблизи жгутов проводов) отключайте аккумуляторную батарею.

Обслуживая беcконтактную систему зажигания, не касайтесь высоковольтных проводов на работающем двигателе или при его пуске. При проверке системы зажигания «на искру» закрепите высоковольтный провод вблизи «массы» изолентой, прищепкой, но не держите его руками. Если требуется отключить один из цилиндров на работающем двигателе, замкните отверткой или отрезком подходящего провода высоковольтный вывод на «массу». При этом шунтирующий провод сначала надежно закрепите на «массе», а затем уже подносите к наконечнику высоковольтного провода (лучше не касаться его руками).

Если вы предпочитаете для отключения цилиндров отсоединять высоковольтные провода (а это может привести к прогару изоляции катушки зажигания, бегунка и крышки распределителя), то лучше отсоединить их не от свечей, а от распределителя зажигания — так намного меньше вероятность получить удар током.

Чтобы во время работы не повредить руки, надевайте перчатки (лучше кожаные). Для защиты глаз надевайте специальные очки с боковыми щитками.

Электросварочные работы выполняйте в плотной одежде (лучше брезентовой), застегнув рукава и воротник.

По возможности пользуйтесь ромбическими или гидравлическими домкратами вместо штатных — они более устойчивы и надежны. Не применяйте неисправный инструмент: рожковые ключи с «раскрывшимся» зевом или смятыми губками, отвертки со скругленным, скрученным шлицем или неправильно заточенные, пассатижи с плохо закрепленными пластмассовыми ручками, молотки с незафиксированной рукояткой и т. п.

При вывешивании автомобиля (на домкрате или подъемнике) никогда не находитесь под ним. Предварительно убедитесь, что соответствующие силовые элементы кузова (усилители пола, пороги) достаточно прочны. Используйте для подъема автомобиля только штатные точки опоры. Запрещается вывешивать автомобиль на двух или более домкратах — используйте исправные подставки промышленного изготовления («треноги») и надежные упоры под колеса.

Запрещается нагружать или разгружать автомобиль, стоящий на домкрате, садиться в него, снимать или устанавливать двигатель, если под автомобилем находятся люди. При ремонте автомобиля со снятым двигателем или мостом учитывайте, что развесовка по осям изменилась. При вывешивании на домкрате такой автомобиль может упасть. Работайте только на ровной нескользкой площадке, под невывешенные колеса подкладывайте надежные упоры.

Масла, особенно отработанные, при регулярном контакте с ними способствуют возникновению кожных заболеваний, в т. ч. онкологических. При попадании масла на руки, вытрите их ветошью, а затем протрите специальным препаратом для чистки рук (или подсолнечным маслом) и вымойте теплой водой с мылом или средством для мытья посуды. Нельзя мыть руки горячей водой, т.к. при этом вредные вещества легко проникают через кожу. При попадании на руки бензина, керосина или дизельного топлива, вытрите их чистой ветошью, а затем вымойте с мылом.

В охлаждающей жидкости (антифризе) содержится этиленгликоль, который ядовит при попадании в организм и (в меньшей степени) при контакте с кожей. При отравлении антифризом нужно немедленно вызвать рвоту, промыть желудок, а при тяжелом отравлении, приняв солевое слабительное, обратиться к врачу. При попадании на руки — смыть большим количеством воды с мылом. То же относится и к тормозной жидкости.

Электролит при попадании на кожу вызывает ее покраснение, жжение. Если электролит попал на руки или в глаза, смойте его большим количеством холодной воды (нельзя мыть с мылом!), затем руки следует вымыть раствором питьевой соды или нашатырного спирта.

Помните, что серная кислота даже в малых концентрациях разрушает органические волокна — берегите одежду. При работе с аккумуляторной батареей (электролит почти всегда присутствует и на ее поверхности) обязательно надевайте очки и защитную одежду, в т. ч. резиновые перчатки.

Не открывайте пробки системы охлаждения на горячем двигателе.

Бензин, дизельное топливо, масла, тормозная жидкость почти не перерабатываются естественным путем. Тормозная жидкость содержит ядовитые гликолевые эфиры; масла — отработавшие минеральные и органические присадки, сажу, смолы, продукты износа. Свинцовые аккумуляторы, помимо свинца, содержат сурьму и другие элементы, образующие высокотоксичные для живых организмов соединения, долго сохраняющиеся в почве. Оставляйте отработавшие материалы в пунктах утилизации.

Заключение

В последнее время в стране происходит увеличение численности автомобильного транспорта как легкового, так и грузового. Большая доля из новых автомобилей составляют автомобили импортного производства.

За рубежом диагностика и выявление неисправностей на автомобилях осуществляется на станциях технического обслуживания оборудованных компьютерными стендами позволяющими измерять мощность двигателей, динамические и тягово-скоростные характеристики автомобиля.

Для выявления возможных неисправностей чаще всего на наших станциях технического обслуживания используют визуальный метод не проводя глубокой диагностики, проведение которой позволило бы вовремя обнаружить и устранить возможные неисправности до того как они могут привести к поломке некоторых узлов автомобиля или полного выхода автомобиля из строя.

Кроме того после устранения неисправности никогда не проводиться повторная динамическая и мощностная диагностика для определения динамических, тягово-скоростных характеристик автомобиля.

В моем дипломном проекте я предлагаю оборудовать одно из авторемонтных предприятий города Костанай стендом для диагностики.

В дипломной работе был рассмотрен вопрос организации проведения испытаний и оценки тягово-скоростных качеств автомобиля с применением динамического тормозного стенда.

В конструкторской части дипломного проекта рассмотрено проектирование и технология работы динамического мощностного роликового стенда предназначенного для определения динамических, тягово-скоростных характеристик автомобиля, оценки состояния узлов, агрегатов и систем автомобиля, а также определение параметров тормозной системы автомобилей, влияющих на безопасность дорожного движения.

В работе рассмотрены вопросы охраны труда, техники безопасности и экологической безопасности проекта.

автомобиль шина двигатель мост

Список используемой литературы

1. Гришкевич А. И. Автомобиль: Теория. — Мн.: Выш. шк., 1986. — 208 с.

2. Токарев А. А. Топливная экономичность и тягово-скоростные качества автомобиля. — М.: Машиностроение, 1982. — 224 с.

3. Конструирование и расчет колесных машин высокой проходимости: Расчет агрегатов и систем / Под ред. Н. Ф. Бочарова, Л. Ф. Жеглова. — М.: Машиностроение, 1994. — 404 с.

4. ГОСТ 4754– — 97. Межгосударственный стандарт. Шины пневматические для легковых автомобилей, прицепов к ним, легких грузовых автомобилей и автобусов особо малой вместимости. Технические условия. — Минск: Межгосударственный совет по стандартизации, метрологии и сертификации, 1999.

5. ГОСТ 5513– — 97. Межгосударственный стандарт. Шины пневматические для грузовых автомобилей, прицепов к ним, автобусов и троллейбусов. Технические условия. — Минск: Межгосударственный совет по стандартизации, метрологии и сертификации, 1999.

6. Литвинов А. С., Фаробин Я. Е. Автомобиль: Теория эксплуатационных свойств. — М.: Машиностроение, 1989. — 240 с.

7. Мощностной баланс автомобиля / В. А. Петрушов, В. В. Московкин, А. Н. Евграфов. — М.: Машиностроение, 1984. — 160 с.

8. Евграфов А. Н., Высоцкий М. С., Титович А. И. Аэродинамика магистральных автопоездов. — Мн.: Наука и техника, 1988. — 232 с.

9. Евграфов А. Н., Есеновский-Лашков Ю. К. Аэродинамические свойства автомобилей и автопоездов. Методы исследований. — М.: МГАУ, 1998. — 79 с.

10. Европейский Союз. Технические стандарты на автотранспортные средства. Директива Совета 93/53/EC от 25 июля 1996 года. Максимальные разрешенные габаритные размеры и нагрузки (веса) автотранспортных средств.

11. Грузовые автомобили: Проектирование и основы конструирования / М. С. Высоцкий, Л. Х. Гилелес, С. Г. Херсонский. — М.: Машиностроение, 1995. — 256 с.

12. Афанасьев Л. Л., Островский Н. Б., Цукерберг С. М. «Единая транспортная система и автомобильные перевозки». М., Транспорт 1984 г.

13. Фастовцев В. Г. «Единая транспортная система и автомобильные перевозки». Методические указания М., Транспорт 1986 г.

14. «Положение о ТО и ТР подвижного состава автомобильного транспорта» М., Транспорт 1988 г.

15. Крамаренко Г. В. и др. «Техническая эксплуатация автомобилей». М., Транспорт 1988 г.

16. МИИАТ Краткий автомобильный (транспортный) справочник. М., Транспорт 1987 г.

17. Иворев С. А. «Экономические вопросы при организации работы АТП», М., Высшая школа, 1991 г., 132 стр.

18. Долик П. А. «Справочник по технике безопасности», М., Энергосетьиздат, 1984 г.

19. ГОСТ 12.0.003 — 80 ССБТ. «Опасные и вредные производственные факторы».

20. ГОСТ 12.4.011 — 75 «Средства защиты рабочих».

21. «Экономические вопросы в дипломном проекте». Методические указания, Рязанская ГСХА, Рязань 1999 г.

22. Решетов Д. Н. «Детали машин». Издание 4-ое. М., Машиностроение, 1999 г.

23. «Охрана труда». Методические указания по дипломному проектированию, Рязанская ГСХА, Рязань 1999 г.

24. ГОСТ 12.1.005 — 76 ССБТ «Воздух в рабочей зоне. Общие санитарно-технические требования».

25. Новак В. М. и др. «Справочник технолога машиностроителя». М., Машиностроение 1983 г.

26. Великанов К. М. и др. «Производительность, экономика и организация труда токаря». М., Машиностроение 1984 г.

27. Александров Л. А. «Техническое нормирование на автомобильном транспорте». М., Транспорт 1978 г.

28. Аршинов В. А., Алексеев Т. Р. «Резание металлов и режущие инструменты». М., Машиностроение 1983 г.

29. Черпаков С. С. «Техническое обслуживание и ремонт автобусов». М., Колос 1978 г.

30. Боков В. Н. «Детали машин». М., Высшая школа 1960 г.

31. Кузнецов Е. С. «Техническая эксплуатация автомобилей». Учебник для ВУЗов 3-е издание. М., Транспорт 1991 г., 413 стр.