Повышение эксплуатационных качеств автопоезда Volvo FH12 за счет установки гидравлического тормоза-замедлителя

Состав чертежей

1. Анализ хозяйственной деятельности (формат А1)
2. Схема организации технологического процесса обслуживания и ремонта седельного тягача (формат А1)
3. Место расположения тормоза-замедлителя на тягаче Volvo FH12 (формат А1)
4. Cхема установки тормоза-замедлителя на грузовые автомобили (формат А1)
5. Общий вид тормоза-замедлителя (формат А1)
6. Рабочий чертеж корпуса левого (формат А1)
7. Рабочий чертеж корпуса правого (формат А1)
8. Рабочие чертежи деталей (формат А1)
9. Безопасность жизнедеятельности на производстве (формат А1)
10. Показатели экономической эффективности проекта (формат А1)

Описание

В дипломной работе произведён анализ производственной деятельности СПК «Восток». Конструкторская разработка – гидравлический тормоз-замедлитель. Применение гидравлического его увеличивает среднюю скорость движения автопоездов, повышает эффективность их работы, снижает периодичность обслуживания тормозной системы и увеличивает долговечность тормозных накладок.

Гидравлический тормоз — замедлитель – устройство, дополняющее рабочую тормозную систему, седельного тягача. Непосредственной задачей гидравлического тормоза-замедлителя является помощь рабочим тормозам на продолжительных спусках. Применение гидравлического тормоза-замедлителя увеличивает среднюю скорость движения автопоездов, повышает эффективность их работы и увеличивает долговечность тормозных накладок. Использование тормоза-замедлителя благоприятно отражается на состоянии нервной системы водителей автопоездов. Они ведут тягачи более уверенно, на увеличенных средних скоростях, чувствуя возросший уровень безопасности.

Разработка предназначена для установки на тягаче Volvo серии FH, а также применив некоторые доработки и изменения, станет возможным устанавливать на любой седельный тягач, как отечественного, так и импортного производства. Данная конструкторская разработка – следующий шаг на пути повышения производительности подвижного состава, средней скорости движения автопоезда, и снижения наиболее важного показателя грузоперевозчиков – цены за километр. Изготовление конструкторской разработки требует капиталовложений, которые составляют 68174,3 руб. Оснащение подвижного состава спроектированным устройством позволяет снизить стоимость 1 километра грузоперевозок на 0,26 руб. Предложены мероприятия по улучшению условий работы и охраны труда, составлена инструкция по технике безопасности. Выполнен анализ природоохранной деятельности предприятия и произведена экологическая экспертиза разработанного приспособления.

Краткий фрагмент из дипломной работы:

Анализ существующих конструкций

Тормоз-замедлитель – устройство, дополняющее рабочую тормозную систему грузовика, седельного тягача или туристического автобуса. Непосредственной задачей ретардера является помощь рабочим тормозам на продолжительных спусках.

Тормоз-замедлитель продлевает жизнь тормозной системе транспортного средства. Тормоз-замедлители бывают двух типов: гидродинамические и электромагнитные. Представителями противоборствующих лагерей являются фирмы Voith и Telma. В задачи обоих типов систем входит создание тормозного момента. Второй объединяющий фактор – механизм. В обоих агрегатах есть вращающаяся часть (ротор) и неподвижная часть (статор).

2.1 Гидродинамический тормоз-замедлитель

Гидродинамический тормоз-замедлитель состоит из двух турбин, закрепленных на одной оси в общем корпусе, в который наполняется масло. Ротор жестко связан с ведущими элементами трансмиссии, в то время как статор жестко соединен с корпусом.

При включении тормоза-замедлителя открывается клапан, через который сжатый воздух поступает в расширительный бак. Таким образом, рабочая жидкость начинает поступать внутрь турбины.

Ротор, движимый карданным валом, разгоняет масло, которое затем попадает в статор и тормозится, замедляя тем самым и грузовик. Для вывода тепла чаще всего используется система охлаждения двигателя.

Тормоз-замедлитель может оборудоваться собственным радиатором, если объем системы охлаждения автомобиля не рассчитан на появление дополнительных источников тепла.

В новых моделях этих устройств система охлаждения объединена с системой охлаждения двигателя, что не только делает конструкцию проще и легче, но и позволяет достичь большей стабильности температурного режима работы.

Недостатком гидродинамического тормоза-замедлителя является тот факт, что для достижения эффективного торможения ему необходимы достаточно высокие обороты.

2.2 Акватардер

Он работает по гидродинамическому принципу.

Возникающая при торможении теплота отводится охлаждающей жидкостью двигателя.

Акватардер установлен спереди двигателя и жестко закреплен с его коленчатым валом. Он относится к классу ведущих тормозов-замедлителей.

К недостаткам конструкции относиться малая мощность – около 1800 Нм, меньше, чем у тормозов-замедлителей, работающих на масле (от 2000 до 3200 Нм). К достоинствам – малый вес, всего 32 кг, по сравнению с электромагнитным (в среднем от 100 кг).

2.3 Электромагнитный  тормоз-замедлитель

При вращении ротора возникающее магнитное поле взаимодействует с полем электромагнитов статора и замедляет движение автомобиля.

Несмотря на то, что электромагнитные тормоза-замедлители тяжелее гидродинамических, они имеют существенное преимущество: начинают эффективно работать практически с холостых оборотов. Слабая сторона – недешевая замена вышедших из строя электрокатушек.

 3.1 Описание конструкции

В качестве конструкторской разработки данного дипломного проекта спроектирован гидравлический тормоз-замедлитель (рисунок 3.1).

Рисунок 3.1 – Сборочный чертеж тормоза-замедлителя

Последовательность сборки можно проследить как по рисунку 3.1:

На вал 5 устанавливаем крышку 7 с манжетой 17, затем подшипник 19.

После этого на вал 5 устанавливаем неподвижное колесо турбины 3, затем сборочная единица устанавливается в корпус 2, в котором заранее установлена манжета 16.

Неподвижное колесо турбины 3 центрируется 2-мя штифтами  22 и подшипником 19, затягивается винтами 14.

На вал 5 по шлицам устанавливается подвижное колесо турбины 4, затем устанавливается разъёмная шайба 8, которая крепится винтами 12.

На корпус 2 устанавливаем специальную прокладку 9 толщиной 3 мм. После этого корпус 1 надевается на вал 5.

Корпус 1 и корпус 2 между собой центрируются 2-мя штифтами 21 и закрепляются болтами 10 и болтами 11. На вал 5 надеваем манжету 18 и устанавливаем подшипник 19.

Крышка 6 с установленной в ней манжетой 16 надевается на вал 5 и крепится винтами 13.

3.2 Расчет тормоза-замедлителя

 3.2.1 Рассчитываем технические характеристики и геометрические параметры тормоза-замедлителя

Расчет производим с принятой скоростью движения автопоезда на спуске V= 20 км/ч = 5,56 м/с, при его полной массе m=40 т, диаметр колеса d_к = 1000 мм, передаточное число редуктора i = 3,73.

Рисунок 3.2 – Схема действия сил

Находим частоту вращения n₁ полуоси заднего моста ;

Находим частоту вращения n₂ карданного вала:

Находим крутящий момент М₁, действующий на ось заднего моста:

Рисунок 3.3 – Схема действия сил на ось заднего моста

, в соответствие с СНиП 2.05.02-85. — Максимально допустимые нормы уклонов горных дорог и серпантин;

Находим крутящий момент М₂, действующий на карданный вал:

Находим диаметр подвижного и неподвижного турбинных колес:

где — безразмерная характеристика тормоза-замедлителя, показанная на рисунке 3.4;

— плотность масла ATF GM Dexron II, , [34];

— безразмерная характеристика тормоза-замедлителя;

i – передаточное число.

Рисунок 3.4 — Безразмерная характеристика гидравлического тормоза-замедлителя

принимаем D = 300 мм.

Рассчитываем мощность N_торм в процессе торможения:

Находим дополнительную нагрузку на систему охлаждения двигателя:

где N_Двиг – мощность двигателя автомобиля Volvo FH 12,

N_Двиг=319,8 кВт;

— коэффициент полезного действия двигателя автомобиля Volvo FH 12,  = 30% ;

Находим дополнительную нагрузку на систему охлаждения двигателя автомобиля в процентах:

Дополнительная тепловая нагрузка на систему охлаждения тягача всего составляет 5,99 %. Поэтому установки дополнительного радиатора  для охлаждения гидравлического тормоза-замедлителя не требуется.

3.2.2 Рассчитываем лопатки турбинного колеса на прочность

Материал лопаток – сплав АК9. Предел прочности   [18]. Для запаса прочности внешнее ободное кольцо и заднюю стенку подвижного турбинного колеса не берем во внимание.

На лопатки турбинного колеса действует центробежная сила F_Ц и сила от давления масла q, распределенная по поверхности лопатки (рисунок 3.5).

Рисунок 3.5 – Схема действия сил на лопатку турбинного колеса

Заменяем распределенную силу q на сосредоточенную F_М, приложенную в центре лопатки турбинного колеса (рисунок 3.6).

Рисунок 3.6 — Схема действия сил на лопатку турбинного колеса

где  — центробежная сила, Н;

— масса лопатки, кг, = 0,05 кг;

— скорость вращения турбинного колеса, м/с.

R – расстояние от оси вращения до точки приложения силы, м;

R = 110мм = 0,11м.

— частота вращения турбинного колеса, мин^-1;

Находим сосредоточенную силу F_М, приложенную к центру лопатки:

где М₂ – крутящий момент, Нм;

Z – число лопаток турбинного колеса, Z=30;

Находим изгибающий момент М_и:

где l – расстояние от поверхности крепления лопатки турбинного колеса до точки приложения силы F_М; l = 0,037м;

Строим эпюры силы и изгибающего момента (рисунок 3.7):

Рисунок 3.7 – Эпюры момента и центробежной силы

Находим предел прочности лопатки турбинного колеса:

где А – площадь сечения лопатки (рисунок 1.7);

— осевой момент сопротивления,  (рисунок 3.8);

Рисунок 3.8 – Сечение лопатки турбинного колеса и его размеры

Сравниваем допускаемый предел прочности лопатки турбинного колеса с расчетным пределом прочности:

Условие прочности выполняется.

             3.2.3 Рассчитываем вал тормоза-замедлителя на прочность

При подаче масла в тормоз-замедлитель между вращающимся турбинным колесом и неподвижным турбинным колесом происходит столкновении с лопатками, образуется завихрение жидкости, которое создаёт тормозной момент и осевую силу, стремящуюся раздвинуть турбинные колеса друг от друга.

Вследствие завихрения жидкости осевая сила на одном турбинном колесе компенсируется осевой силой на втором, из этого следует, что осевая сила, стремящаяся сдвинуть вал настолько мала, что её не учитываем. Поэтому вал на растяжение рассчитывать не будем.

Рассчитываем вал на сопротивление кручению:

где — тормозной момент на валу 2 (рисунок 3.2);

— полярный момент, м³;

где d – диаметр наименьшей ступени вала, d = 0,048 м;

Рассчитываем допустимые касательные напряжения:

Сравниваем допустимые касательные напряжения с расчетными:

             3.2.4 Произведем расчет на смятие наружного шлицевого соединения

Предполагается, что напряжения располагаются равномерно по длине и высоте зуба, поэтому расчет на смятие шлицевого соединения, на которое устанавливается подвижное турбинное колесо, производится упрощенно.

где   — средний диаметр, м;

h – высота зуба шлица, м;

z – число зубьев;

l – рабочая длина зуба, м;

K₃ – коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки между зубьями, K₃ = 0,7-0,8;

— допускаемое напряжение на смятие, МПа;

Допускаемое напряжение на смятие выбираем по таблице ;

Сравниваем расчетное напряжение на смятие и допускаемое:

             3.2.5 Произведем расчет на смятие внутреннего шлицевого соединения

Предполагаем, что напряжения располагаются равномерно по длине и высоте зуба, поэтому расчет на смятие внутреннего шлицевого соединения, в которое заводится выходной вал из коробки переключения передач, производим упрощенно.

где   — средний диаметр, м;

h – высота зуба шлица, м;

z – число зубьев;

l – рабочая длина зуба, м;

K₃ – коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки между зубьями, K₃ = 0,7-0,8;

— допускаемое напряжение на смятие, МПа ;

Допускаемое напряжение на смятие выбираем по таблице ;

Сравниваем расчетное напряжение на смятие и допускаемое:

Экологическая экспертиза конструкции

В конструкции приспособления не предусмотрено наличие опасных ГСМ, поэтому загрязнения окружающей среды от его протечек можно исключить.
При эксплуатации данной конструкции не происходит засорение производственных площадей и прилегающих территорий. При проведении ремонтов, старые запчасти сдаются на склад, ремонтируются, а которые не подлежат восстановлению, отправляют на утилизацию.
При эксплуатации машин в окружающую среду могут попасть нефтепродукты: дизельное топливо, масло, бензин.
Чтобы предупредить загрязнение окружающей среды нефтепродуктами, необходимо соблюдать следующие меры предосторожности. Сливать отстой топлива из топливных баков и фильтров следует в приготовленную тару. При прокачке топлива во время удаления воздуха из системы питания нужно сливать топливо также в какую-либо емкость.
Отработанные горючие материалы сливаются в специальные резервуары, с последующей утилизацией. Предусмотрена система очистки. Установлено современное оборудование для мойки автомобилей, вода централизованно сливается в общую канализацию.
Все использованные материалы собираются для дальнейшей переработки или утилизируются. Территория автоколонны, проезды и стоянка автомобилей заасфальтирована, свободные от застроек площади озеленены, по периметру территория окружена бетонным забором. По договору с ЖКХ утилизируются бытовые отходы ремонтного производства: ветошь, нейтрализованные отходы от мойки техники. Руководство уделяет большое внимание охране окружающей среды, и старается вводить новые технологические процессы по безотходному производству и с меньшим вредом для окружающей среды.