Автомобиль-самосвал 6х6 полной массой 45 тонн с разработкой подвески (дипломный проект)

Целью дипломного проекта являлось проектирование автомобиля-самосвала полной массой 45 т. с разработкой подвески.
За аналог принят автомобиль-самосвал МоАЗ-7504.
(ЛИСТ №1) На ПЕРВОМ ЛИСТЕ графической части проекта приведены технические требования и используемые ограничения для проектируемого автомобиля и разрабатываемой подвески. На этом же листе показаны в виде таблицы результаты технико-экономического анализа проекта. Срок возврата инвестиций в новый автомобиль составляет 4 года. И т.д. (они свидетельствуют о целесообразности проектирования нового автомобиля).
(ЛИСТ №2) Сравниваемые компоновочные схемы автомобиля и разрабатываемой подвески изображены на ВТОРОМ ЛИСТЕ. Произведя оценку вариантов компоновки автомобиля, было принято решение использовать схему с шарнирно-сочлененной рамой, т. к. применение данной схемы улучшает маневренность, что немаловажно для проектируемого автомобиля.
Были рассмотрены следующие варианты схем подвесок:
1) Рессорная подвеска имеет следующие достоинства: малая стоимость, простота изготовления и обслуживания, равенство нормальных реакций колес связанных рессорой. Недостатки: невозможность регулирования жесткости подвески, наличие межлистового трения, что негативно сказывается на долговечности подвески.
2) Пневматическая подвеска. Достоинством данной подвески является возможность регулирования жесткости, надежность, долговечность. Недостатки: для автомобиля с большой полной массой необходимо использовать большое количество пневмобаллонов для восприятия нагрузки, что усложняет конструкцию подвески и увеличивает ее габариты.
3) Гидропневматическая подвеска применяется на автомобилях данного класса. Она имеет малые габариты в связи с совмещением упругого и диссипативного элементов в одном корпусе. Также она обладает высокой нагрузочной способностью. К недостаткам данной подвески можно отнести следующее: отклонять от вертикальной оси гидропневмоцилиндр можно на угол не более 30 град, так - как может произойти смешивание рабочих жидкости и газа, что приведет к выходу из строя гидропневмоцилиндра; сложность изготовления; высокая стоимость; необходимость в дозарядке и перезарядке. Так же требуется наличие квалифицированных специалистов и специального оборудования для обслуживания.
4) Комбинированная подвеска состоит из рессоры, работающей совместно с пневмоцилиндром. Данная подвеска имеет плюсы рессорной и пневматической подвески, а также частично устраняет недостатки обеих схем. А главное есть возможность регулирования жесткости подвески путем изменения давления в пневмобаллонах. Данный тип подвески решено принять для разработки.
 (ЛИСТ №3) На ТРЕТЬЕМ ЛИСТЕ изображен общий вид проектируемого автомобиля. Автомобиль имеет новую кабину, которая улучшает обзорность с места водителя, по сравнению с аналогом, за счет большей площади ее остекления. Также автомобиль получил новый дизайн передней части автомобиля, а именно новый капот, и фары. Здесь также имеется техническая характеристика проектируемого автомобиля.

(ЛИСТ №4) На следующем листе представлены графики полученных характеристик показателей тягово-скоростных свойств ( внешняя скоростная характеристика, динамическая характеристика, характеристика разгона по скорости и пути, а также отмечены некоторые показатели тягово-скоростных свойств(tv, t400, t1000, ty)) и представлены графики характеристик показателей топливной экономичности проектируемого автомобиля (топливная характеристика автомобиля), а также для сравнения представлены графики характеристик и для автомобиля аналога. На этом же листе также приводится таблица сравнения показателей тягово-скоростных свойств и топливной экономичности проектируемого автомобиля с показателями автомобиля-аналога.
(ЛИСТ №5) На ПЯТОМ ЛИСТЕ представлена кинематическая схема трансмиссии проектируемого автомобиля.
Трансмиссия включает следующие механизмы: гидротрансформатор, механическую коробку передач, межосевой дифференциал, карданные передачи, главные передачи, межколесные дифференциалы, валы ведущих колес и колесный редуктор.
Кинематическая схема коробки передач позволяет иметь шесть передач вперед и три передачи заднего хода.
 А также на этом листе представлена таблица с передаточными числами всех ступеней коробки передач, главной, колесной передач и трансмиссии в целом. Также описан порядок включения элементов управления коробкой передач на всех ступенях.
 (ЛИСТ №6) На ШЕСТОМ ЛИСТЕ представлены результаты функционального проектирования. Здесь изображены динамическая модель для анализа колебаний кузова автомобиля и водителя. Здесь же приведены Амплитудно-Частотные Характеристики перемещений и ускорений водителя и масс порожнего и груженого автомобиля, а также изображена характеристика вибронагруженности водителя В СЛУЧАЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НЕРЕГУЛИРУЕМОЙ ПОДВЕСКИ. Как видно для порожнего автомобиля показатели плавности хода на много хуже чем для груженого автомобиля, т.к. существенно отличается полная масса автомобиля от массы порожнего, следовательно, необходимо производить регулировку жесткости упругого элемента.
 (ЛИСТ №7) На СЛЕДУЮЩЕМ ЛИСТЕ представлены таблицы со средними квадратическими значениями ускорений в октавах для случая использования нерегулируемой подвески и случая использования регулируемой подвески. На этом же листе приведены Амплитудно-Частотные Характеристики перемещений и ускорений водителя и масс порожнего и груженого автомобиля, а также изображена характеристика вибронагруженности водителя для случая использования регулируемой подвески. В этом случае, как для груженого, так и для порожнего автомобиля, обеспечиваются приемлемые показатели плавность хода.
(ЛИСТ №8) На ВОСЬМОМ ЛИСТЕ представлен сборочный чертеж разработанной комбинированной подвески.
Упругий элемент данной подвески представлен в виде рессоры и пневмобаллонов. Рессора закреплена на опоре, которая может совершать вращательное движение вокруг оси за счет посадки ее на подшипниках.
Роль диссипативного элемента исполняет амортизатор, а также частично его


дополняет рессора.
Направляющий аппарат состоит из четырех нижних и двух верхних треугольных штанг, которые шарнирно соединены с рамой автомобиля. Шарниры периодически смазываются через масленки.
Регулировка жесткости подвески возможна за счет изменения давления в пневмобаллоне.
(ЛИСТ №9) На ДЕВЯТОМ ЛИСТЕ показан вид сверху разработанной подвески. Здесь можно более детально рассмотреть расположение рессоры, пневмобаллонов. Верхние продольные рычаги имеют треугольную форму с целью снижения нагрузки на рессору от боковой реакции во время прохождения поворота и т.п. случаях.
 (ЛИСТ №10) На ДЕСЯТОМ ЛИСТЕ представлены рабочие чертежи разработанных деталей. Здесь изображены чертежи опоры пневмобаллона, опора рессоры и ее крышка.
 
ВЫВОД: В итоге проделанной работы спроектирован автомобиль-самосвал 6х6 полной массой 45 тонн, и разработана для него регулируемая подвеска. Применение пневмобаллонов совместно с рессорами позволило повысить потребительские качества автомобиля. Появилась возможность регулирования подвески без снижения долговечности, ремонтопригодности, а также без повышения стоимости изготовления и обслуживания.
 Конструкция данной подвески может быть в последующем усовершенствована: уменьшение массы основных деталей за счет применения новых материалов и оптимизации их формы и размеров. Снижение межлистового трения в рессоре путем применения специальных материалов, а также использование малолистовых или
однолистовых рессор.



Содержание

Введение 5
1 Назначение, условия и режимы работы автомобиля 6
2 Разработка технического задания на проектирование автомобиля 
2.1 Выбор системы показателей качества 8
2.2 Разработка технических требований к автомобилю 10
3 Выбор технических решений и определение основных параметров автомобиля 
3.1 Обзор и анализ существующих конструкций 14
3.2 Патентный поиск 22
3.3 Обоснование и выбор технических решений 24
3.4 Определение основных параметров автомобиля, его механизмов и систем 25
3.5 Синтез структуры и кинематической схемы трансмиссии 30
3.6 Оценка тягово-скоростных свойств и топливной экономичности автомобиля  31
4 Конструкторское проектирование 
4.1 Разработка общего вида автомобиля 36
4.2 Установка механизмов на автомобиле 37
4.3 Конструкция и принцип действия разрабатываемых механизмов и систем 38
4.4 Обоснование выбора материалов и способов упрочнения основных деталей 41
4.5 Назначение допусков и посадок соединений деталей 42
4.6 Анализ размерных цепей 42
5 Научно-исследовательская часть проекта 
5.1 Постановка задач 44
5.2 Математическое моделирование и определение конструктивных
параметров механизма 44
5.3 Оценка надежности и долговечности основных деталей 54
6 Технологическое проектирование 
6.1 Описание назначения детали 58
6.2 Составление технологического маршрута обработки детали 59
6.3 Расчет режимов резания 61
6.4 Нормирование времени 62
7 Технико-экономическое обоснование проекта
7.1 Общие положения
7.2 Оценка конкурентоспособности и производительности
7.3 Обоснование цены изделия
7.4 Текущие издержки потребителя
7.5 Инвестиции в производственно – техническую базу
7.6 Расчет экономического эффекта
7.7 Эффект отдельных конструктивных решений
7.8 Обоснование срока возврата инвестиций в новый автомобиль
8 Охрана труда
8.1 Идентификация и анализ вредных и опасных факторов в проектируемом автомобиле
8.2 Разработка технических, технологических решений и защитных средств по устранению опасных и вредных факторов
8.3 Разработка мер безопасности при эксплуатации объекта
9 Энерго - и ресурсосбережение
Заключение
Литература
Приложение А
Приложение Б
Приложение В

5. Конструкторское проектирование

5.1 Разработка общего вида автомобиля

Кабина должна обладать комплексом эстетических и эргономических качеств, обеспечивающих максимальный комфорт водителю, включая удобство посадки, входа и выхода, доступность к приборам и органам управления, а также хорошую обзорность. Для создания в кабине микроклимата, отвечающего санитарным нормам, большое значение имеют уплотнения и термошумоизоляция, система вентиляции и отопления.
Кабина автомобиля цельнометаллическая, сварной конструкции, двухместная.
Основание кабины — каркасного типа из штампованных балок. Пол выполнен в виде штампованных панелей ровным.
Дверные проемы цельноштампованные. Двери двухпанельной конструкции, дверные петли скрытые.
Решение задачи общей организации рабочего места водителя осуществляется с соблюдением эргономических показателей, которые подразделяются на четыре группы: гигиенические, антропометрические, физиологические и психологические.


1 – рулевое колесо; 2 – сиденье; 3 – механизм регулирования угла наклона спинки сидения водителя; 4 – механизм регулирования высоты сиденья водителя; 5 – педальный узел; 6 – механизм регулирования горизонтального положения сиденья водителя.
Рисунок 4.1 – Параметры рабочего места водителя

Гигиеническая группа включает следующие показатели: освещенность, вентилируемость, температуру, давление, запыленность, шум и вибрацию.
Антропометрическая группа показателей учитывает соответствие рабочего места размерам и форме человека, а так же распределение веса человека.
Физиологические показатели характеризуют соответствие усилий на органах управления силовым, скоростным, слуховым и другим возможностям человека.
Группа психологических показателей определяет возможность формирования навыков, восприятия и переработки информации.
Найти оптимальную связь между всеми эргономическими показателями и является задачей организации рабочего места водителя. Основным нормативным материалом при этом является ГОСТ 12.2.120-88.
Проектируемый автомобиль выполнен по компоновочной схеме «кабина за двигателем». Компоновка агрегатов и узлов проектируемого автомобиля аналогична компоновке прототипа - автомобиля МоАЗ-7504. В результате проектируемый автомобиль имеет габаритные размеры, приведенные в таблице 4.1.

Таблица 5.1 - Габаритные размеры проектируемого автомобиля

Параметр Значение
Длина, мм 10450
Ширина (без зеркал), мм 3000
Высота, м 3800
База, мм 6430
Колея передних колес, мм 2370
Колея задних колес, мм 2370
Угол переднего свеса, град. 20
Угол заднего свеса, град. -
Дорожный просвет, мм 400
 
 

4.2 Установка механизмов на автомобиле

Двигатель автомобиля устанавливается перед кабиной и крепится к раме через резиновые опоры в четырех точках. Для уменьшения шума двигателя моторный отсек покрывается шумоизаляционным материалом, снизу имеется защита поддона двигателя, которая исполняет также шумоизаляционную функцию.
Гидромеханическая передача устанавливается на раме за кабиной, и крепиться четырьмя резиновыми опорами. Двигатель передает мощность на ГМП посредством карданной передачи. От ГМП мощность также через карданную передачу передается на мосты.
Кабина крепиться к раме автомобиля в четырех точках через резиновые блоки, которые позволяют уменьшить вибрацию при движении автомобиля.
Кузов в задней части монтируется на двух шарнирах, вокруг которых он может совершать вращательное движение. В передней части кузов крепиться к раме посредством гидроцилиндров подъема-опускания кузова.
Сборку подвески начинаем с установки верхних рычагов подвески. Для этого необходимо закрепить рычаги вначале к раме, а после к мостам. Затем производим установку рессоры с ее опорой. Опора крепиться к раме, затягиваются подшипники, устанавливается защитная крышка. Далее на опору накладываются листы рессоры. Первые два листа устанавливаются также и на мосты. Листы скрепляются между собой с помощью серьг. Затем производится крепление стремянками рессоры к опоре. После установки рессоры монтируем амортизаторы. Для этого необходимо вначале закрепить в верхней части на раме, а затем на мостах. Далее необходимо закрепить нижние рычаги. Затем необходимо произвести установку всех четырех пневмобаллонов. После сборки подвески нужно произвести смазывание шарниров. Далее производится установка колес автомобиля.


4.3 Конструкция и принцип действия разрабатываемых механизмов и систем

Подвеска среднего и заднего мостов балансирного типа и состоит из четырех пневмобаллонов 1 и двух рессор 4, четырех амортизаторов6 и шести реактивных штанг 7. Пневмобаллон крепится болтовым соединением к опоре пневмобаллона 1, которая в свою очередь приварена к лонжерону рамы, сверху и к опоре снизу 5, выполненной заодно с балкой моста. Пневмобаллон состоит из верхней 13 и нижней12 крышек, резинового рукава 15 и буфера сжатия 14.
Рессора собрана из одиннадцати листов разной длины и радиуса кривизны. Все листы собраны на опоре рессоры 8 и стянуты с помощью стремянок 9 и накладки 10. Опора может проворачиваться вокруг своей оси за счет посадки ее на подшипниках. Ось опоры рессоры закреплена к лонжерону рамы восемью болтами. Амортизатор 6 крепиться с одной стороны к кронштейну 3, с другой - к балке моста. Кронштейн четырьмя болтами прикручен к раме. Направляющий аппарат состоит из четырех нижних 7 и двух верхних штанг 16, которые шарнирно соединены с рамой автомобиля.






Рисунок 4.1 – Установка подвески среднего и заднего мостов


Пневмобаллон работает следующим образом. При ходе сжатия поршень перемещается и сжимает газ в верхней полости за счет увеличения давления газа над поршнем. Ход сжатия упруго ограничивается. Кроме этого, ход сжатия ограничивается при помощи ограничительных буферов, установленных на мосту. При ходе отбоя поршень перемещается в обратном направлении, при этом давление газа над поршнем уменьшается, а под поршнем увеличивается. За счет увеличения противодавления упруго ограничивается ход отбоя.
Для гашения колебаний, возникающих при движении автомобиля по неровной дороге, пневмогидравлический цилиндр имеет гидравлический амортизатор, расположенный в цилиндре противодавления. Принцип действия гидравлического амортизатора заключается в том, что при колебаниях автомобиля масло дросселируется одной полости в другую через дроссельные отверстия.
Реактивные штанги всех мостов шарнирно соединены с лонжеронами рам и балками мостов при помощи пальцев с шарнирными сферическими подшипниками.

Рисунок 4.2 – Соединение реактивных штанг подвески автомобиля

Смазка всех шарнирных подшипников производится через масленки, ввернутые в торцы пальцев или специальные болты в торцах пальцев. Шарнирные подшипники в цилиндрах подвески и штангах уплотнены специальными сальниками. При нагнетании смазки необходимо следить за тем, чтобы сальники не выпрессовывались из посадочных гнезд.
Подвеска работает следующим образом. При наезде на препятствие одного из мостов тележки происходит мгновенное нагружение пневмобаллонов этого моста и рессор. Под действием вертикальной нагрузки пневмобаллоны выталкивают часть воздуха через трубопроводы в цилиндры другого моста тележки, тем самым происходит растягивание баллонов и выравнивание нагрузки между мостами. При этом рессора проворачивается относительно своего центра вращения. При изменении режима движения и массы автомобиля, изменяется давление в полости пневмобаллона. Этим производится регулирование коэффициента жесткости упругих элементов.

Аннотация

к дипломному проекту студента гр. АТ-051 Кривашеева Евгения Васильевича
на тему: «Автомобиль – самосвал 6х6 полной массой 45т с разработкой
подвески»

В дипломном проекте спроектирован автомобиль-самосвал полной массой 45т и разработана подвеска, в соответствии с назначением, условиями и режимами работы автомобиля. На основании разработанных технических требований к автомобилю проведен обзор и анализ, а также патентный поиск существующих конструкций. По результатам анализа методом экспертных оценок конструкций всех основных механизмов автомобиля произведено обоснование и выбор технических решений. Выбрана комбинированная схема подвески.
Были определены основные параметры автомобиля, синтезирована кинематическая схема трансмиссии, определены ее основные параметры. Проведена оценка тягово-скоростных свойств и топливной экономичности автомобиля в сравнении с прототипом. За счет снижения массы автомобиля и изменения передаточных чисел КП достигнуто улучшение тягово-скоростных свойств и параметров топливной экономичности спроектированного автомобиля.
На стадии функционального проектирования были определены основные параметры подвески автомобиля, произведен анализ и получены характеристики вибронагруженности человека. Разработанная подвеска обеспечивает выполнение требований современных стандартов по безопасности водителя и пассажиров.
На стадии конструкторского проектирования разработан общий вид автомобиля, установка подвески и основных изделий на автомобиле. Также была оценена прочность основных элементов, передающих нагрузки. Был обоснованно выбран материал их изготовления и способы термообработки основных деталей. Назначены допуски и посадки соединений, рассчитаны размерные цепи.
На стадии технологического проектирования разработан маршрут технологической обработки одной из деталей подвески - пальца штанги подвески.
На последнем этапе работы над дипломным проектом проведен технико-экономический анализ спроектированного автомобиля, рассмотрены вопросы соответствия автомобиля мировым нормам безопасности и экологичности, а также вопросы энерго- и ресурсосбережения.