Тема 17 Перспективы развития двигателей самоходных машин

Тема № 17. Перспективы развития двигателей самоходных машин Очевидно, что в обозримом будущем найдут своё место как ДВС с принудительным воспламенением, так и дизеля. Как в первых, так и во вторых моторах управление подачей топлива и рядом других систем будет осуществляться электронными системами. Например, ожидается широкое использование систем регулирования фаз газораспределения. Следует признать, что в двигателях с принудительным воспламенением наиболее перспективен индивидуальный впрыск топлива непосредственно в цилиндр, то есть использование принципа смесеобразования с расслоением заряда. В дизелях всё шире применяют аккумуляторные системы топливоподачи с электронными системами управления. Это позволит довести gemin до 170 г/(к. Вт ч) и менее.

2. Очевидно, что при любом типе двигателя для удовлетворения жёстким нормативным требованиям по токсичности не обойтись без применения многокомпонентных нейтрализаторов отработавших газов и дымоулавливателей. В связи с этим следует особо подчеркнуть, что деятельность человека в ряде случаев оказывает негативное влияние на окружающую среду. Это напрямую относится к двигателям самоходных машин как к основному источнику загрязнения атмосферы в населённых пунктах. Поэтому производятся следующие действия: 1) разрабатываются нормативные документы, устанавливающие всё более жёсткие ограничения на выбросы вредных веществ; 2) проводятся работы по созданию экологически чистых двигателей; 3) совершенствуются рабочие процессы традиционных ДВС; 4) разрабатываются и устанавливаются на машины нейтрализаторы отработавших газов.

Перспективным направлением развития ДВС является применение регулируемого газотурбинного наддува с промежуточным охлаждением наддувочного воздуха, а также применение моторов с многоклапанными (3 -х, 4 -х и более) цилиндрами. Это позволяет увеличить КПД, удельные мощности двигателя, а значит, получить более экономичный и компактный мотор, что весьма важно для любой самоходной машины. Также перспективным направлением развития ДВС следует считать применение альтернативного топлива. Например, использование метанола позволяет существенно снизить токсичность по всем компонентам. Весьма перспективной является водородная смесь, генерируемая из метанола с помощью специального каталитического реактора на борту самой машины. Это позволяет полностью исключить выбросы CO и CH на всех режимах работы, а также существенно снизить выбросы NOx. Всё это позволяет поршневым ДВС выдерживать конкуренцию на наземном транспорте с другими видами моторов, например газотурбинными, реактивными, роторными, электрическими.

2 -й раздел ШАССИ САМОХОДНЫХ МАШИН Ранее отмечалось, что самоходная машина в общем случае включает пять основных частей: 1) двигатель; 2) шасси; 3) кузов; 4) кабину; 5) рабочее оборудование. Шасси состоит из трансмиссии, ходовой системы, системы поворота, тормозной системы. Строительно-дорожные машины относятся к классу самоходных машин и часто изготавливаются на шасси тракторов и автомобилей. Поэтому в данном разделе будем изучать шасси последних.

Рекомендуемая литература по разделу 1. Автомобили. Лабораторный практикум: Учебное пособие для ВУЗов/ Г. Е. Атлас, Д. М. Ломако, В. Г. Раевский, В. А. Сергиенко; Под редакцией А. И. Гришкевича. -Минск: Вышейшая школа, 1992, - 271 с. 2. Ротенберг Р. В. Подвеска автомобиля. -М. : Машиностроение, 1972. - 315 с. : ил. 3. Платонов В. Ф. Гусеничные и колёсные транспортно-тяговые машины / В. Ф. Платонов, Г. Р. Леинашвили. -М. : Машиностроение, 1986. -297 с. : ил. 4. Автомобили. Конструкция, конструирование и расчёт. Системы управления и ходовая часть: Учеб. пособие / Под ред. А. И. Гришкевича. -Мн. : Вышейшая школа, 1987. -200 с. : ил. 5. Боровских Ю. И. Устройство, техническое обслуживание и ремонт автомобилей / Ю. И. Боровских, В. М. Кленников, В. М. Никифоров, А. А. Сабинин. -М. : Высшая школа, 1975. -439 с. : ил. 6. Богатырёв А. В. Гусеничные тракторы. -М. : Колос, 1984. -207 с. : ил. 7. Автомобили. Машины большой единичной мощности: Учеб. пособие / Под ред. М. С. Высоцкого, А. И. Гришкевича. Мн. : Вышейшая школа, 1988. -160 с. : ил. 8. Автомобили. Специализированный подвижной состав: Учеб. пособие / Под ред. М. С. Высоцкого, А. И. Гришкевича. Мн. : Вышейшая школа, 1990. -173 с. : ил. 8. Попов Д. А. . Системы подрессоривания современных тракторов. -М. : Машиностроение, 1974. -176 с. : ил. 9. Кнороз В. И. , Кленников Е. В. Шины и колеса. -М. : Машиностроение, 1975. - 185 с. : ил. 10. Раймпель Й. Шасси автомобиля. Конструкции подвесок. -М. : Машиностроение, 1989. -167 с. : ил. 11. Лаптев Ю. Н. Динамика гидромеханических передач. -М. : Машиностроение, 1983. -104 с. : ил. 12. Цимбалин В. Б. , Успенский И. Н. , Коняшов В. В. . Шасси автомобиля. Атлас конструкций: Учеб. пособие. -М. : Машиностроение, 1977. - 87 с. : ил. 13. Антонов А. С. Гидромеханические и электромеханические передачи транспортных и тяговых машин. -Л. : Машиностроение, 1963. -410 с. : ил. 14. Балдин В. А. Теория и конструкция танков. -М. : Минобороны СССР, 1975. -442 с. : ил. 15. Кузнецов Е. В. Проектирование ходовых систем колёсных самоходных машин. Учеб. пособие. -Могилёв: МГТУ, 2001. - 212 с. : ил.

6. Тема № 20. Классификация автомобилей Весь автомобильный подвижной состав, то есть собственно сами автомобили, а также прицепы, в зависимости от перевозимого груза делятся на: 1) пассажирские, 2) грузовые, 3) специальные (пожарные, санитарные, автокраны и т. п. ) Пассажирский автомобиль вместимостью до 9 человек вместе с водителем называют легковым, а более 9 человек автобусом.

Основным классификационным признаком, по которому делят легковые автомобили, является рабочий объём двигателя Vh : 1 - до 1200 см 3 (1, 2 л) - особо малый класс или микролитражные; 2 - от 1200 до 1800 см 3 - малый класс или малолитражные; 3 - от 1800 до 3500 см 3 - средний класс; 4 - свыше 3500 см 3 - большой класс. Внутри каждого класса используются дополнительные классификационные признаки: снаряженная масса mа. с, полная масса mа и длина Lа автомобиля. Например, в классе малолитражных машин различают две группы: 1) с полной массой до 1500 кг и 2) с mа > 1500 кг.

Автобусы делят по габаритной длине, под которой понимается расстояние между центрами переднего и заднего габаритных фонарей: 1 - до 5 метров - микроавтобусы; 2 - от 5 до 8 м - автобусы малого класса; 3 - от 8 до 10 м - средний класс; 4 - от 10 до 12 м - большой класс; 5 - более 12 м - особо большой класс. При этом следует иметь в виду нормативные ограничения на размеры автотранспорта, предназначенного для движения по дорогам общего пользования. Так, максимальная длина одиночного автомобиля и 2 -звенного автопоезда не должна превышать 20 м, а 3 -х и более звенного 24 м; максимальная высота - до 4 м, а ширина – до 2, 5 м.

Весь грузовой подвижной состав делят на два вида: 1) общего назначения или бортовые; 2) специализированные (тягачи, самосвалы, цистерны, фургоны). Основным классификационным признаком грузовых машин является полная масса mа : 1 - до 1, 2 т - сверх особо малый класс; 2 - от 1, 2 до 2 т - особо малый класс; 3 - от 2 до 8 т - малый класс; 4 - от 8 до 14 т - средний класс; 5 - от 14 до 20 т - большой класс; 6 - от 20 до 40 т - особо большой класс; 7 - свыше 40 т - сверх особо большой класс. Дополнительным классификационным признаком грузовиков является их грузоподъёмность mг.

10. В зависимости от количества опорных колёс самоходной машины и количества приводных (ведущих) из них, то есть таких, к которым подводится мощность от двигателя, различают полноприводные (внедорожные) и неполноприводные (дорожные) машины, что отражается в колёсной формуле. Например, автомобиль ВАЗ-2110 имеет колёсную формулу 4*2, что означает опорных колёс 4, а приводных 2; у ВАЗ-2131 колёсная формула 4*4, то есть все четыре колеса приводные; ЗИЛ-131 имеет колёсную формулу 6*6. Расстояние между осями передних и задних колёс называют базой машины L. Это основной геометрический параметр любой колёсной машины.

По взаимному расположению двигателя и ведущих колёс различают дорожные машины с той или иной компоновочной схемой. Если двигатель расположен впереди и ось его коленчатого вала параллельна продольной оси машины, а ведущими колёсами являются задние, то такие машины имеют классическую компоновочную схему. Именно такую структуру имели первые автомобили. При этом передние колёса неприводные, но управляемые, то есть поворотные. В случае заднего расположения двигателя и привода также на задние колёса машина называется заднемоторной. При переднем расположении двигателя и приводе на передние колёса имеем переднеприводную машину (см. рис. ).

13. На грузовых автомобилях используется чаще всего классическая компоновочная схема, но при этом имеются разновидности компоновки: 1) капотная (ЗИЛ-130, ГАЗ-53. . . ); 2) короткокапотная (ГАЗ-3303 “Газель”. . . ); 3) бескапотная (МАЗ-5432, Кам. АЗ. . . ); 4) кабина впереди двигателя (КАЗ-4402 “Колхида”. . . ). Применяют также машины с расположением мотора внутри колёсной базы, например, городские автобусы Ikarus, МАЗ-105. Та или иная компоновка машины имеет свои достоинства и недостатки, связанные с материалоёмкостью, ремонтопригодностью, сложностью систем управления механизмами и т. д.

С 1966 года согласно Отраслевой Нормали ОН 0252700 -66 Минавтопрома СССР каждая новая модель автомобиля имеет буквенное обозначение завода изготовителя (МАЗ, ВАЗ и т. п. ) и цифровой индекс, где первая цифра обозначает класс машины, вторая - её тип (1 - легковая, 2 - автобус, 3 - бортовой грузовик, 4 - тягач, 5 самосвал, 6 - цистерна, 7 - фургон, 8 - резерв, 9 - специальная). Следующие две цифры обозначают модель, то есть номер технического задания на проектирование машины. Пятая цифра при, её наличии, показывает модификацию автомобиля. Индекс прицепа идёт после обозначения тягача. Он состоит из четырёх цифр. Если первая цифра 8, то это прицеп, если же 9, то полуприцеп. Вторая цифра обозначает тип по аналогии с индексацией автомобилей (1 - легковой прицеп, 2 - автобусный и т. п. ). Следующие две цифры показывают полную массу прицепа mп: - если эти цифры находятся в диапазоне 01. . . 24, то mп < 4 т; - если 25. . . 49, то от 4 до 10 т; - если 50. . . 69, то от 10 до 16 т; - если 70. . . 84, то от 16 до 24 т; - если 85. . . 99, то mп > 24 т. Например, Кам. АЗ 55102 - 8527. Производитель машины - Камский автозавод. Её тип - самосвал; класс - 5 (большой), то есть с полной массой от 14 до 20 т; модель № 10; модификация № 2. Прицеп самосвальный с полной массой до 10 т.

Тема № 21. Классификация тракторов Основным классификационным признаком тракторов является номинальное тяговое усилие на крюке Fкр. Оно определяется при проведении Государственных испытаний на поле со стернёй нормальной влажности на низшей рабочей передаче при буксовании колёсных машин не более 15 %, а гусеничных - 7 %. При несколько большем буксовании движителя (около 30 %) максимальное тяговое усилие будет больше. В соответствии с Fкр все тракторы делят на следующие классы: - 0, 2 т или, что то же самое 2 к. Н (например, мотоблок МТЗ-2); - 0, 6 т (Т-25 Владимирского тракторного завода и самоходное шасси Т-16 М Харьковского завода тракторных самоходных шасси); - 0, 9 т (Т-40 Липецкого тракторного завода); - 1, 4 т (МТЗ-80); - 2 т (Т-90 Кишинёвского тракторного завода); - 3 т (ДТ-75 Волгоградского и Т-150 Харьковского тракторных заводов); - 4 т (Т-4 и Т-250 Алтайского тракторного завода); - 5 т (Т-100 Челябинского тракторного завода); - 6 т; - 8 т; - 10 т; - 15 т; - 25 т (ДЭТ-250 Онежского тракторного завода).

По назначению тракторы делят на сельскохозяйственные и промышленные. Сельскохозяйственные тракторы подразделяют на: 1 - общего назначения или пахотные (ДТ-75, Т-150, Т -4. . . ); 2 - универсально-пропашные (Т-40, МТЗ-80. . . ); 3 - специализированные (Т-90, МТЗ-80 Х. . . ); 4 - самоходные шасси (Т 16 М. . . ). Промышленные тракторы делят на: 1) общего назначения; 2) специализированные. В обозначении трактора цифры показывают либо базовую мощность двигателя, то есть номинальную мощность самой первой нефорсированной модели трактора (МТЗ-80, Т-150 и др. ), либо номинальное тяговое усилие на крюке (Т-4).

17. Тема № 22. Основные свойства самоходных машин Главным свойством любой самоходной машины является подвижность (мобильность). Это результат взаимодействия движителя (колёсного, гусеничного или иного) с опорной поверхностью. Обеспечивается подвижность при двух условиях, вопервых, подводом к ведущим колёсам через трансмиссию мощности двигателя, во-вторых, наличием сил сцепления (трения) движителя с опорной поверхностью.

Для оценки подвижности используются различные оценочные показатели. Один из основных производительность, под которой понимается объём выполненной работы в единицу времени. Так, производительность автобуса - это произведение количества перевезённых пассажиров на пройденный путь за данный период времени (чаще всего за год), то есть П = пас. км/год. Для грузовиков производительность измеряется произведением количества перевезённого груза на пройденный путь за год (П = т км/год). Для сельскохозяйственных тракторов производительность измеряется отношением обработанной (вспаханной, засеянной и т. п. ) площади сельхозугодий в час (П = га/ч).

19. Важным свойством самоходной машины является экономичность. Для автомобиля она оценивается путевым расходом топлива Q (л/100 км), а для сельскохозяйственных тракторов погектарным расходом топлива G (кг/га). Ещё одно важное качество - манёвренность, которая характеризует способность машины поворачивать и разворачиваться на возможно меньшей площадке. Оценивается манёвренность минимальным радиусом поворота по оси следа переднего внешнего колеса Rmin , м.

20. Плавность хода - это эксплуатационное свойство самоходной машины, показывающее её способность двигаться по характерной неровной опорной поверхности в характерном интервале скоростей с вертикальными кинематическими параметрами не превышающими нормативных требований. Основной оценочный показатель данного свойства среднеквадратические вертикальные ускорения в первых пяти октавных полосах z’’ 1. . . z’’ 5.

21. Проходимость - это способность машины двигаться по бездорожью. Характеризуется целым рядом параметров, например, дорожным просветом h 0 , радиусом колеса rк , колеёй B, базой L, давлением на опору, рисунком протектора и др. Экологические свойства самоходной машины оцениваются по объёму эмиссии вредных компонентов с отработавшими газами двигателя, а также уровнями внешнего и внутреннего шумов, которые не должны превышать нормативных (82 д. БА).

Тема № 23. Трансмиссии Трансмиссия это совокупность механизмов и устройств, предназначенная для передачи крутящего момента от двигателя к ведущим колёсам машины и преобразования этого момента как по величине, так и по направлению. По способу передачи энергии трансмиссии делят на: 1) механические (получили наиболее широкое применение), где в качестве основного преобразователя момента используют шестерённые вальные или 4 1 планетарные коробки 2 передач; 3 5 6 Схема механической трансмиссии, где: 1 - сцепление, 2 - коробка передач, 3 - карданная передача, 4 - главная передача, 5 - дифференциал, 6 -

2) гидромеханические (ГМТ), содержащие, кроме механических редукторов и устройств, гидродинамические трансформаторы ГДТ; Схема ГМТ 3) электромеханические, где двигатель работает на генератор, а электроэнергия передаётся к электромоторам, вращающим ведущие колёса; 4) гидрообъёмные, имеющие гидронасосы и гидромоторы. G M M Схема электротрансмиссии Схема гидрообъёмной (гидростатической) трансмиссии

24. Помимо общих требований, предъявляемых к любому элементу самоходной машины (малые масса и объём, высокая технологичность производства и обслуживания), от трансмиссии требуется следующие: 1) обеспечение высоких тягово-динамических качеств машины, что определяется правильным выбором передаточных чисел коробки передач ui , главной передачи u 0 , радиуса колеса rк и другими параметрами машины; 2) хорошая эргономичность управления, обеспечиваемая общей компоновкой машины, конструкцией механизмов переключения передач, привода сцепления и др. ; 3) высокая надёжность и долговечность, определяемые качеством проектирования, производства и обслуживания машины.

Основными преимуществами механических трансмиссий является: а) высокий КПД; б) малые габариты и масса; в) малые издержки производства и обслуживания. Основными элементами механической трансмиссии являются (см. рис. ): 1 - сцепление, предназначенное для кратковременного отключения двигателя от ведущих колёс и плавного увеличения крутящего момента на них при трогании и переключениях передач; 2 - коробка передач (многоступенчатый механический редуктор), которая предназначена для ступенчатого изменения крутящего момента с целью расширения силового диапазона двигателя; 3 - карданная передача, предназначенная для передачи крутящего момента под углом между несоосными валами механизмов; 4 - главная передача (центральная или разнесённая), служащая для увеличения крутящего момента и в случае продольного расположения двигателя для передачи момента под прямым углом; 5 - межколёсный дифференциал, предназначенный для согласования кинематических параметров соосных ведущих колёс разных бортов машины при движении на повороте и переезде неровностей; 6 - полуоси, которые передают крутящий момент от центрального редуктора главной передачи к ведущим колёсам.

26. На подавляющем большинстве моделей самоходных машин применяются нормально замкнутые сцепления. Схему такого сцепления можно изобразить следующим образом. 5 4 6 7 8 1 2 3 Схема сцепления 1 - маховик, который предназначен для сглаживания колебаний угловых скоростей и крутящих моментов в трансмиссии; 2 - кожух, жёстко прикреплённый к маховику; 3 - нажимной диск, имеющий возможность перемещаться в осевом направлении относительно кожуха; 4 - ведомый диск с фрикционными накладками, изготовляемый из асбестографитовой смеси и синтетических смол или из металлокерамики; 5 - пружины с термостойкими прокладками, прижимающие нажимной и ведомый диски к маховику; 6 - отжимные рычаги, отводящие нажимной диск от ведомого при выключении сцепления; 7 - выжимной (упорный) подшипник; 8 - вилка выключения сцепления.

Передача крутящего момента в сцеплении осуществляется за счёт сил трения между торцовыми поверхностями маховика, нажимного и ведомого дисков. Для прижатия нажимного диска могут использоваться не только несколько указанных периферийных винтовых пружин, но и одна тарельчатая пружина большого диаметра, которая одновременно выполняет функции отжимных рычагов. На мощных машинах для передачи крутящего момента сцеплением часто недостаточно двух пар трения, где одна пара трения между маховиком и ведомым диском, а вторая между ведомым и нажимным. В этом случае применяют двухдисковые сцепления, имеющие два ведомых и два нажимных диска. В особо мощных машинах применяют многодисковые гидроуправляемые фрикционные муфты, которые называют главными фрикционами.

28. В случае использования нормально разомкнутого главного фрикциона прижимные пружины могут вообще не применяться. Тогда с помощью давления рабочей жидкости осуществляется сжатие пакета ведущих и ведомых дисков фрикциона. При этом фрикционные диски работают в масле, что способствует их охлаждению и стабилизации коэффициента трения при некотором его уменьшении. Такие сцепления называют “мокрыми” в отличие от рассмотренного “сухого”. При использовании фрикционов появляется возможность их автоматизации, то есть управление ими производится автоматическими устройствами.

В ведомом диске сцепления часто устанавливают демпфер крутильных колебаний в виде пружин, расположенных по окружности, с помощью которых осуществляется связь шлицевой ступицы ведомого диска с его фрикционными накладками. Этот демпфер предназначен для уменьшения крутильной жёсткости первичного вала коробки передач (он же вал сцепления). За счёт этого снижается его собственная частота колебаний. В результате высокочастотные колебания, генерируемые двигателем и трансмиссией будут находиться в зарезонансной зоне амплитудно-частотной характеристики первичного вала коробки передач и поэтому амплитуды его крутильных колебаний существенно уменьшаются.

30. Величину крутящего момента, сцеплением определяют по зависимости передаваемого Mсц = Mтр = kз Mдmax = Rтр iтр тр Fсж, где kз = 1, 2. . . 1, 4 - коэффициент запаса; Mдmax - максимальный крутящий момент двигателя; Rтр = 2(Rн 3 - Rвн 3) / [3(Rн 2 - Rвн 2)] - эквивалентный радиус трения; iтр - число пар трения; тр - коэффициент трения; Fсж - сила сжатия накладок.

Приводы сцеплений ГАЗ-51 и ВАЗ-2101

Главный фрикцион среднего танка