Автомобиль-самосвал полной массой 30 тонн с разработкой антиблокировочной тормозной системой (АБС) (дипломный проект)

Аннотация
к дипломному проекту ст.гр. АТ-031
Соколовского Антона Викторовича
на тему: ”Автомобиль – самосвал полной массой 30 тонн
с разработкой антиблокировочной тормозной системы“

В ходе проделанной работы описаны условия и режимы работы автомобиля-самосвала, сформированы показатели качества, которые позволяют провести сравнительный анализ различных схем и конструкций самосвалов, а также сформулированы требования, выполнение которых позволит проектируемому автомобилю не уступать по своим характеристикам лучшим мировым и отечественным аналогам.
В разделе 1 определены назначение, условия и режимы работы автомобиля–самосвала, а также учтены дорожные, транспортные и климатические условия эксплуатации.
В разделе 2 было разработано техническое задание на проектирование автомобиля, выбраны система показателей качества, разработаны технические требования к автомобилю–самосвалу и тормозной системе.
В разделе 3 определены основные параметры автомобиля, тормозные моменты, передаточные числа трансмиссии, подобраны параметры коробки передач, проведен анализ тягово-скоростных свойств и топливной экономичности автомобиля-аналога и проектируемого автомобиля.
В разделе 4 разработан общий вид автомобиля, описана установка основных элементов АБС. Приведено описание конструкции и принципа действия усовершенствованной антиблокировочной тормозной системы, обоснован выбор материалов для изготовления основных деталей и способы их термообработки.
В разделе 5 определены конструктивные параметры тормозной системы.
Раздел 6 посвящен разработке технологического маршрута изготовления втулки клапана управления тормозами.
В разделе 7 произведена оценка технического уровня и конкурентоспособности нового автобуса. Подсчитан экономический эффект, которого возможно достичь при использовании нового автомобиля–самосвала вместо автомобиля-аналога МЗКТ-65157.
В главе 8 рассмотрены вопросы защиты водителя от неблагоприятных и опасных воздействий во время работы, указаны меры, направленные на снижение или ликвидацию вредного воздействия шума и вибраций на организм водителя. Разработаны меры безопасности при эксплуатации автобуса.


Содержание

Введе-ние..................................................................................
1 Назначение, условия и режимы работы автобуса .............................
2 Разработка технического задания на проектирование ав-тобуса............
2.1 Выбор системы показателей качества......................................
2.2 Разработка технических требований к автомоби-лю.....................
3 Выбор технических решений и определение основных параметров автомоби-ля..................................................................................
3.1 Обзор и анализ существующих конструкций.............................
3.2 Патентный поиск...............................................................
3.3 Обоснование и выбор технических реше-ний.............................
3.4 Определение основных параметров автомобиля, его механизмов и систем ..............................................................................
3.5 Синтез структуры и разработка кинематической схемы трансмис-сии......................................................................................
3.6 Оценка тягово-скоростных свойств и топливной экономичности ав-томобиля...........................................................................
4 Конструкторское проектирование................................................
4.1 Разработка общего вида автомобиля .....................................
4.2 Установка механизмов на автомобиле............... .....................
4.3 Конструкция и принцип действия разрабатываемых механизмов и систем.....................................................................................
4.4 Выбор материалов и способы упрочнения основных дета-лей........
4.5 Назначение допусков и посадок соединений деталей..................
4.6 Анализ размерных це-пей......................................................
5 Научно-исследовательская часть проекта.......................................
5.1 Постановка задач...............................................................
5.2 Математическое моделирование и определение конструктивных параметров тормозной систе-мы.......................................................
5.3 Оценка надежности и долговечности основных дета-лей...............
6 Технологическое проектирова-ние............................................
7 Технико-экономическое обоснование проекта.................................
7.1 Технико-экономическое обос-нование.....................................
7.2 Расчет экономического эффекта проектируемого автомоби-ля......
8 Безопасность и экологичность проекта..........................................
8.1 Идентификация и анализ опасных и вредных факторов в проектируемом объек-те......................................................................
8.2 Разработка мер безопасности при эксплуатации объек-та.............
9 Энерго- и ресурсосбереже-ние......................................................
Заключение...............................................................................
Список использованных источни-ков................................................
Приложение А...........................................................................


4.2 Установка механизмов на автомобиле

Пневмопривод шасси оборудован 4-х канальной антиблокировочной системы (АБС) типа 4S/4М (4 датчика/4 модулятора). Разрабатываемая система состоит из датчиков (угловой скорости вращения колес, поворота управляемых колес и ускорения автомобиля), модуляторов тормозного давления, электронного блока управления, реле, блока предохранителей, соединительных кабелей, диагностической лампы и клавиши диагностики.
Датчики частоты вращения колеса (ДЧВК) индуктивного типа, устанавли-ваются в колесах передней оси и заднего моста. Зубчатый ротор напрессовывается на ступицу, а датчик устанавливается в поворотном кулаке передней оси или на кронштейне заднего моста (смотреть рисунки 4.1-4.2).

1 – ступица; 2 – барабан тормозной; 3 – ротор датчика; 4 – скоба; 5 – щиток тормозного механизма; 6 – втулка провода; 7 – суппорт

Рисунок 4.1 – Установка датчика АБС в колесе ведущего моста


1 - ступица; 2 – ротор датчика; 3 – втулка датчика; 4 - кулак поворотный; 5 – датчик; 6 – скоба.

Рисунок 4.2 – Установка датчика АБС в колесе передней оси
При вращении колеса в обмотке датчика находится ЭДС, создающая переменное напряжение, частота которого пропорциональна частоте вращения колеса. Полученный сигнал по кабелям передается в блок управления. Для нормальной работы датчика зазор между ротором и датчиком не должен пре-вышать 1,3 мм.
Электропневматические модуляторы тормозного давления устанавливаются в тормозных магистралях передних и задних колес на каркасе основания шасси перед тормозными камерами (смотреть лист No7 графической части ‘Установка модуляторов’).
Электронный блок устанавливается в кабине водителя и соединяется с исполнительными устройствами и датчиками с помощью соответствующих кабелей. Кабели прокладываются и крепятся таким образом, чтобы они были защищены от повреждений. Кабели колесных датчиков и модуляторов должны иметь достаточную слабину для компенсации хода подвески и работы рулевого управления. При этом должна быть исключена возможность повреждения кабеля поворотным кулаком и деталями подвески.
Блок предохранителей, установленный под откидной панелью, служит для защиты электроуправляемых элементов АБС.
Диагностические лампы с символами «АВS», сигнализирующие об исправности (неисправности АБС), и клавиша диагностики АБС, расположены на панели выключателей в кабине водителя.


4.3 Конструкция и принцип действия разрабатываемых механизмов и систем

Антиблокировочная система (АБС) управления тормозными моментами представляет собой систему автоматического регулирования с обратной связью. Она получает информацию о характере движения колес, на основании которой определяется начало процесса блокирования и включается система импульсного регулирования давления, которая уменьшает тормозной момент и обеспечивает исключение блокировки колес.
На листе No6 графической части показана функциональная схема АБС. Она включает систему датчиков для сбора информации о характеристиках процесса торможения, модуляторы и электронный блок управления. Микропроцессор ЭБУ реализует в режиме реального времени алгоритм управления. Основная идея которого основана на том, что при превышении скольжения, соответствующего максимальному коэффициенту сцепления, скорость вращения колеса резко уменьшается, поэтому в этот момент необходимо кратковременно снизить давление в тормозном приводе. Для реализации такого алгоритма используется информация об угловых скоростях ώк , замедлениях εк = dώK /dt всех колес, о углах поворота αк управляемых колес и о скорости автомобиля va. Система датчиков обеспечивает измерение ώк, αк и продольной составляющей ускорения автомобиля аx, направленной вдоль оси х . Значение εк получают путем численного дифференцирования результатов измерений аx, а значение va — численным интегрированием результатов измерений аx. Вычисления выполняет микропроцессор ЭБУ.
Рассмотрим процессы управления АБС представленные на рисунке 4.5. В исходном состоянии, в которое алгоритм переводится при включении питания и находится там бесконечно долго, пока колесо катится без превышения порога замедления εк0, - клапана модулятора пассивны и выключены. При нажатии водителя на педаль тормоза происходит увеличение давления в тормозных камерах, замедление колеса резко возрастает превышая порог εк0. Дальнейшее повышения давления в тормозной камере бессмысленно и приведет лишь к торможению колеса, а не автомобиля. Поэтому включается клапан отсечки и давление фиксируется на достигнутом уровне. Параллельно происходит вычисление λТ по формуле 4.1.

(4.1)

Если проскальзывание колеса достигает порога λТ1 - колесо находится в зоне максимального сцепления и дальнейшее увеличение проскальзывания колеса нежелательно. Включается клапан выпуска, давление падает начинается разгон колеса. Ускорение колеса входит в допустимую зону. Клапан выпуска выключается, если проскальзывание не достигла порога λТ2, в противном случае клапан выпуска остается включенным до сих пор, пока ускорении колеса не превысит положительный порог εк1. После этого тормозной момент необходимо увеличить с тем, чтобы прекратить разгон колеса и поддерживать величину скольжения на оптимальном уровне. Что и делается сначала импульсом выключения клапана отсечки фиксированной длительности (для выборки гистерезиса тормозного механизма), а затем периодическими импульсами подкачки давления, длительность и период которых рассчитывается определенным образом. Начинается замедление колеса. Смысл процесса состоит в том, чтобы создать в камере некое «оптимальное» давление, такое, чтобы с одной стороны, оттянуть время превышения порога по ус-корению (это связано с расходом воздуха в тормозной системе), с другой – такое, чтобы максимизировать тормозную силу. Ускорение εк снова превышает порог и весь процесс повторяется. Число таких циклов сброса/подкачки дав-ления обычно составляет 2..5 раз в секунду. В зависимости от угла поворота управляемых колес происходит корректировка пороговых значений.


а – скорость колеса; б – угловое ускорение; в – скольжение колеса; г – работа клапанов отсечки (КО) и выпуска (КВ).

Рисунок 4.2 – Процессы управления АБС

Регулирование тормозного момента в антиблокировочной системе обеспечивается модулятором давления, представляющим собой электромагнитный клапан, который поддерживает необходимый уровень давления в рабочих тормозных цилиндрах при экстренном торможении независимо от давления, задаваемого главным тормозным цилиндром.
Когда система АБС не вступает в работу, сжатый воздух свободно проходит через модуляторы АБС. При работе системы тормозное давление модулируется исходя из состояния колеса.
Электропневматический регулировочный клапан обеспечивает точное, ступенчатое модулирование давления в тормозных цилиндрах в процессе регулирования. Он обычно устанавливается на раме транспортного средства или на оси. Он состоит из двух электромагнитов и двух мембранных клапанов.
Быстродействующие магнитные клапаны управляют давлением в предварительных камерах мембран модулятора (Рисунок 5.1).
Малое время срабатывания и наличия функций повышения, поддержания и понижения давления, являются предпосылками для высокой эффективности работы тормозной системы и малого потребления воздуха при работе АБС.
Повышение давления: до тех пор пока от электронного блока не поступает сигналов камера управления мембраны (2), выпускного клапана соединена с атмосферой. Поступающее через вход (1) тормозное давление под-нимает мембрану (3) и беспрепятственно передаётся на вход (4) тормозного цилиндра. Одновременно тормозное давление передаётся мимо незатянутого якоря (8) в камеру управления мембраной (6) и поддерживает выпускной клапан в закрытом состоянии. Если водитель АТС понижает тормозное давление, сжатый воздух из тормозной камеры выходит через вход (1). При определенных условиях открывается и выпускная мембрана магнитного клапана, помогая быстрейшему растормаживанию колесного тормоза.
Поддержания давления: по средствам активизации электромагнит (10) через уплотнитель якоря (11) в регулировочную камеру (2) передается тормозное давление. Это приводит к закрытию мембранного клапана, разделяет вход (4) от входа (1) и предотвращает, таким образом, поступление сжатого воздуха в тормозную камеру.
Понижение давления: для понижения давления возбуждаются обмотки обоих электромагнитов. Действие электромагнита (10) приводит, как описано при поддержании давления, к прекращению подачи сжатого воздуха. Одновременно возбуждается электромагнит (9) таким образом, что полость управления мембраны выпускного клапана через уплотнитель якоря (6) соединяется с атмосферой. При этом имеющийся в тормозном цилиндре сжатый воздух поступает через уплотнитель мембраны (5) к клапану выпуска воздуха и далее в атмосферу.

Р е ц е н з и я
на дипломный проект
студента группы АТ-031 автомеханического факультета
Белорусско-Российского университета

Соколовского Антона Викторовича
на тему:
Автомобиль-самосвал полной массой 30 т с разработкой антиблокировочной тормозной системы

Студент Соколовский А.В. выполнил дипломный проект с графической ча-стью на 10 листах с расчетно-пояснительной запиской на 109 страницах.
Тема проекта перспективна и выполнена в полном соответствии с диплом-ным заданием. В научно-исследовательской части проекта на основе проведенного анализа существующих конструктивных решений студентом обоснованы и разработаны схемы тормозных систем и спроектированы тормозные механизмы.
Общая компоновка, выбор и расчет конструктивных параметров тормозных механизмов представляет собой технически зрелое решение, удовлетворяющее современным конструктивным, технологическим и эргономическим требованиям.
Автор проекта глубоко изучил тему, подробно проанализировал конструк-ции антиблокировочных тормозных систем, провел патентный поиск. Расчеты параметров тормозных механизмов выполнены на высоком техническом уровне с подробным анализом рабочих режимов конструкции.
В дипломном проекте большое внимание уделено обеспечению надежности, высокой эффективности, простоте эксплуатации тормозных механизмов, ком-фортных условий труда водителя и безопасности.
На стадии технологического проектирования разработан маршрут технологической обработки втулки клапана управления тормозами.
На последнем этапе работы над дипломным проектом проведен технико-экономический анализ спроектированного автомобиля, а также рассмотрены во-просы соответствия его нормам безопасности и экологичности.
Студент на высоком уровне владеет методами решения инженерных задач с помощью ЭВМ. Методом конечных элементов проанализировано напряженно-деформированное состояние тормозного барабана.
Студент освоил технику инженерного конструирования и расчетов, подго-товлен для работы по специальности на производстве или в проектных и научно-исследовательских организациях.
Представленный на рецензию дипломный проект Соколовский А.В. заслуживает отличной оценки, а дипломант – присвоения звания инженера-механика