Please use this identifier to cite or link to this item:
https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8388| Title: | Вдосконалення випробувального стенду для шин позашляховиків |
| Authors: | Шльончак , Ігор Анатолійович Добровольський, Давид Едуардович |
| Issue Date: | 2024 |
| Abstract: | Об’єкт дослідження − процес експлуатації автомобіля. Предмет дослідження − закономірності впливу плями контакта шини на коефіцієнт зчеплення. Мета– відтворити реальні умови експлуатації автомобіля та врахувати всі фактори, що впливають на його рух, та процеси, що відбуваються шляхом створення випробувального стенду для шин позашляхових автомобілів. Для досягнення мети нам необхідно вирішити такі завдання: − проаналізувати зчіпні властивості автомобільних шин, здійснити аналіз методів проведення технологічного процесу відновлення колінчастого валу, дослідити площу плями контакту, розглянути навантаження шини нормальним навантаженням та навантаженням бічною силою, розглянути бічний зсув і кут відведення, бічну силу, розглянути характеристики шин, що впливають на керованість автомобіля; − здійснити пошук аналогів конструкції, як вироблених промисловістю, так і існуючих у вигляді патентних зразків; − визначити вихідні дані для розрахунків; − розробити технічне завдання на розробку стенду для випробування шин позашляхових автомобілів; − розробити технічну пропозицію на розробку стенду для випробування шин позашляхових автомобілів; − розрахувати зусилля переміщення ґрунтової ванни; − розрахувати основні параметри гідроциліндра; − розробити стенд для випробування автомобільних пневматичних шин; − виконати аналіз безпеки роботи під час виконання конструкторського проєкту стенду;3 − розрахувати економічні показники ефективності проекту; − визначити термін окупності стенду. Методи дослідження – методи математичного та економічного моделювання, математико-статистичні методи, метод порівняння та аналогій, економетричні методи. Кваліфікаційна робота магістра складається з 72 сторінок, 5 розділів, 4 табл., 26 рис., 17 джерел. |
| URI: | https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8388 |
| Appears in Collections: | 274 Автомобільний транспорт (Автомобільний транспорт) |
Files in This Item:
| File | Description | Size | Format | |
|---|---|---|---|---|
| Добровольський Д.Е..pdf Restricted Access | 1.89 MB | Adobe PDF | View/Open Request a copy |
Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.
Extracted text
1
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
18006, м. Черкаси, бул. Шевченка, 460, тел./факс (0472) 71 00 92
ЗАТВЕРДЖУЮ
зав. кафедри автомобілів та
технології їх експлуатації, професор
______________ Л.А. Тарандушка
«___» __________________2024 р.
КВАЛІФІКАЦІЙНА РОБОТА МАГІСТРА
«ВДОСКОНАЛЕННЯ ВИПРОБУВАЛЬНОГО СТЕНДУ ДЛЯ
ШИН ПОЗАШЛЯХОВИКІВ»
Рецензент:
Керівник роботи:
к.т.н., доцент кафедри АТЕ _______________ І.А. Шльончак
(посада) (підпис) (Ініціали, прізвище)
Виконавець:
студент 2 курсу, гр. мАВ-39 ______________
спеціальності 274 – Автомобільний
транспорт
_____________ Д.Е. Добровольський
(підпис) (Ініціали, прізвище)
2024
2
РЕФЕРАТ
«ВДОСКОНАЛЕННЯ ВИПРОБУВАЛЬНОГО СТЕНДУ ДЛЯ ШИН
ПОЗАШЛЯХОВИКІВ»
Об’єкт дослідження − процес експлуатації автомобіля.
Предмет дослідження − закономірності впливу плями контакта шини на
коефіцієнт зчеплення.
Мета– відтворити реальні умови експлуатації автомобіля та врахувати
всі фактори, що впливають на його рух, та процеси, що відбуваються шляхом
створення випробувального стенду для шин позашляхових автомобілів.
Для досягнення мети нам необхідно вирішити такі завдання:
− проаналізувати зчіпні властивості автомобільних шин, здійснити
аналіз методів проведення технологічного процесу відновлення колінчастого
валу, дослідити площу плями контакту, розглянути навантаження шини
нормальним навантаженням та навантаженням бічною силою, розглянути
бічний зсув і кут відведення, бічну силу, розглянути характеристики шин, що
впливають на керованість автомобіля;
− здійснити пошук аналогів конструкції, як вироблених
промисловістю, так і існуючих у вигляді патентних зразків;
− визначити вихідні дані для розрахунків;
− розробити технічне завдання на розробку стенду для
випробування шин позашляхових автомобілів;
− розробити технічну пропозицію на розробку стенду для
випробування шин позашляхових автомобілів;
− розрахувати зусилля переміщення ґрунтової ванни;
− розрахувати основні параметри гідроциліндра;
− розробити стенд для випробування автомобільних пневматичних
шин;
− виконати аналіз безпеки роботи під час виконання
конструкторського проєкту стенду;
3
− розрахувати економічні показники ефективності проекту;
− визначити термін окупності стенду.
Методи дослідження – методи математичного та економічного
моделювання, математико-статистичні методи, метод порівняння та аналогій,
економетричні методи.
Кваліфікаційна робота магістра складається з 72 сторінок, 5 розділів, 4
табл., 26 рис., 17 джерел.
4
ЗМІСТ
ВСТУП 6
РОЗДІЛ 1. АНАЛІЗ СТАНУ ПИТАННЯ 8
1.1 Зчіпні властивості автомобільних шин 8
1.1.1 Визначення коефіцієнта зчеплення у поздовжньому напрямку 8
за допомогою буксирування автомобіля
1.1.2 Визначення коефіцієнта зчеплення на випробувальному стенді 10
1.2 Аналіз методів проведення технологічного процесу відновлення 14
колінчастого вал
1.3 Площа плями контакту 16
1.4 Навантаження шини нормальним навантаженням 18
1.5 Навантаження шини бічною силою 20
1.6 Бічний зсув і кут відведення 22
1.7 Бічна сила 26
1.8 Характеристики шин, що впливають на керованість автомобіля 28
РОЗДІЛ 2. ПОШУК ПАТЕНТНИХ І ТЕХНІЧНИХ АНАЛОГІВ 30
КОНСТРУКЦІЇ ЩО РОЗРОБЛЯЄТЬСЯ
2.1. Результати пошуку патентних аналогів конструкції 30
2.2 Результати пошуку промислових прототипів конструкції 33
РОЗДІЛ 3. КОНСТРУКТОРСЬКИЙ РОЗДІЛ 38
3.1 Вихідні дані для розрахунків 38
3.2 Розробка конструкції стенду для випробування шин 39
позашляхових автомобілів
3.2.1 Технічне завдання на розробку стенду для випробування шин 39
позашляхових автомобілів
3.2.2 Технічна пропозиція на розробку стенду для випробування 40
шин позашляхових автомобілів
3.2.3 Естетика стенду для випробування шин позашляхових 47
автомобілів
3.2.4 Ергономіка стенду для випробування шин позашляхових 48
5
автомобілів
РОЗДІЛ 4. БЕЗПЕКА ТА ЕКОЛОГІЧНІСТЬ ОБ'ЄКТА 56
КВАЛІФІКАЦІЙНОЇ РОБОТИ МАГІСТРА
4.1 Опис умов праці 56
4.2 Вимоги ергономіки під час роботи з комп'ютером 57
РОЗДІЛ 5. ЕКОНОМІЧНИЙ РОЗДІЛ 64
5.1 Вихідні дані до розрахунку 64
5.2 Розрахунок собівартості виготовлення стенду 64
ВИСНОВОК 70
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ 71
6
ВСТУП
«Актуальність теми, що розглядається, полягає в тому, що в даний час
автомобілебудуванню належить провідна роль у розвитку і машинобудування
взагалі, і транспортного машинобудування зокрема. Автомобільна
промисловість світу - це широкий і досить значний сектор світової економіки
та міжнародного бізнесу, адже це не лише автомобілі, а й різноманітні товари
з обслуговування автомобіля, а також значною мірою ринок виробництва та
продажу автозапчастин. Ринок автомобілів має ряд суміжних ринків та
галузей: від найбільш тісно прилеглих (ринку деталей та блоків автомобілів та
нафтовидобувної промисловості) до менш очевидних (будівництво доріг,
виробництво аксесуарів для автомобілів тощо). Автомобіль забезпечує високу
мобільність людини, ефективність праці, визначає сучасний спосіб життя
суспільства [3].
Темою даної дипломної роботи є "Вдосконалення випробувального
стенду для шин позашляховиків". У цій роботі була проведена розробка стенду
для проведення комплексних автомобільних випробувань шин для
позашляхових транспортних засобів, на основі патентного пошуку відповідно
до розроблених технічних умов.
Усі дослідження з визначення коефіцієнта зчеплення у поперечній
площині та площі плями контакту автомобільних шин проводились у
лабораторних умовах, та відповідають вимогам методики проведення
випробувань шин та коліс.
«Сила зчеплення шини з опорною поверхнею дуже впливає на рух,
керованість і стійкість автомобіля, що безпосередньо впливає на активну
безпеку автомобіля. Всього чотири маленькі плями контакту утримують
автомобіль на дорозі, причому величина і форма плями контакту при русі не
залишається постійною. Це пов'язано з перерозподілом маси автомобіля під
час руху.
Під час руху ситуація на дорозі постійно змінюється, що вимагає
великої уваги та готовності зреагувати, щоб уникнути дорожньо-транспортної
7
пригоди. Автомобіль, що має хорошу керованість і стійкість, зберігає
напрямок, заданий водієм, а також швидко і легко, при необхідності, змінює
своє положення на дорозі» [8].
Чим досконаліше керованість та стійкість автомобіля, тим з більшою
швидкістю він здатний рухатися дорогами. Зі збільшенням середньої
швидкості пересування зростає продуктивність автомобіля. А хороша
керованість і стійкість підвищують безпеку пересування, що дуже важливо
через зростання швидкостей руху сучасних автомобілів зі збільшенням їх
кількості на дорогах.
Коефіцієнт зчеплення в поперечній площині впливає на кут відведення,
який має фундаментальне значення в поведінці автомобіля при здійсненні
поворотів, а шина з правильно підібраним тиском, що забезпечує належну
площу плями контакту, забезпечує як низький опір коченню та надійне
зчеплення, так і безпеку пересування.
Взаємодія шини з твердою дорогою характеризується тертям
контактуючих тіл і складається з деформаційної та молекулярної складових.
Перша зумовлена впливом на тіло протектора шорсткості дороги, що
перешкоджає ковзанню шини по поверхні, друга – міжмолекулярною
взаємодією на межі зіткнення шини з дорогою. Тому зі збільшенням площі
плями контакту зростає кількість мікровиступів, що охоплюються відбитком
шини, через це зі збільшенням його площі зростає коефіцієнт зчеплення.
8
РОЗДІЛ 1. АНАЛІЗ СТАНУ ПИТАННЯ
1.1 Зчіпні властивості автомобільних шин
Перш ніж перейти до розробки конструкції стенду, розглянемо, як
практично визначається коефіцієнт зчеплення шини з опорною поверхнею, які
є способи його визначення.
Шини – важливий компонент автомобіля, вони забезпечують важливі
експлуатаційні властивості: гальмівна та тягова динаміка, стійкість та
керованість, прохідність, плавність ходу, надійність та паливна економічність.
У дорожніх і стендових випробуваннях визначають параметри шин, що
впливають на експлуатаційні властивості - опір і зчіпні властивості на різних
видах поверхні, демпфуючі та пружні властивості, шини випробовуються на
міцність і довговічність. Дорожні випробування відбуваються на дорогах та
спецспорудах автополігонів, а також на дорогах загального користування.
Коефіцієнт зчеплення шин з опорною поверхнею визначають у двох
напрямках: поздовжньому та поперечному.
Способи визначення коефіцієнта зчеплення у поздовжньому напрямку:
- за допомогою виміру сили зчеплення автомобільних шин з поверхнею
при буксируванні з усіма заблокованими колесами;
- з використанням випробувального стенду.
Коефіцієнт зчеплення автомобільної шини з опорною поверхнею у
поперечному напрямку визначається на стенді.
Розглянемо різноманітні методи визначення експлуатаційних
характеристик автомобільних шин.
1.1.1 Визначення коефіцієнта зчеплення у поздовжньому напрямку за
допомогою буксирування автомобіля
Для дослідження необхідно вибрати рівну горизонтальну ділянку дороги
з поверхнею, для якої необхідно визначити коефіцієнт зчеплення.
9
Перед дослідженням автомобіль з шинами, які будуть випробовуватися,
повинен пройти обкатку, а також пробігувальний пробіг в день дослідження.
Температура навколишнього середовища, швидкість вітру та стан дороги
мають відповідати програмі дослідження.
Попередньо визначається вага автомобіля, а також до автомобіля
кріпиться динамометр визначення сили зчеплення коліс автомобіля з опорною
поверхнею Рφ. Далі автомобіль із заблокованими, за допомогою гальмівної
системи, колесами буксується тягачом відповідно до рисунка 1.1.
Зняття показань динамометра проводиться тричі при буксируванні
автомобіля в одну та іншу протилежну сторону на вибраній ділянці дороги.
Для визначення коефіцієнта зчеплення розраховується середнє значення сили
зчеплення, а потім за формулою знаходиться сам коефіцієнт зчеплення колеса
з дорогою.
= (1.1)
де – середнє значення сили зчеплення шин з дорогою, Н;
– вага автомобіля, H.
1 – опорна поверхня; 2 - випробуваний автомобіль; 3 – динамометр; 4 –
тягач
Рисунок 1.1 – Вимірювання сили зчеплення автомобільних шин із
дорогою
10
О. І. Никифорук пише: «Під час проведення випробувань на опорній
поверхні з низькою несучою здатністю пісок, сніг, рілля, розмокший грунт і т.
д. автомобіль-тягач потрібно підбирати таким чином, щоб шини автомобіля не
потрапляли в колію тягача. Кожен заїзд виконується на новій ділянці опорної
поверхні» [6].
1.1.2 Визначення коефіцієнта зчеплення на випробувальному стенді
Коефіцієнт зчеплення, визначений на стенді, справедливий тільки для
покриття, яке становить опорна поверхня.
На рисунку1.2 представлена важлива схема стенду. Автомобільна шина
у зборі з колесом притискається до опорної поверхні із силою Fz, яка
визначається з розважування автомобіля, якщо інше не задано програмою
дослідження. Колесо блокується, щоб уникнути прокручування. Для
визначення коефіцієнта зчеплення в поздовжньому напрямку до опорної
плити прикладається сила у відповідному напрямку та, у момент початку
прослизання, заміряється максимальна сила Fx відповідно до рисунка 2а.
1 – досліджувана шина; 2 – опорна поверхня
Рисунок 1.2 – Принципова схема стенду визначення коефіцієнта
зчеплення автомобільної шини
11
Для вимірювання коефіцієнта зчеплення в поперечній площині до
автомобільної шини в зборі з колесом прикладається вертикальне
навантаження Fz, що відповідає розважуванню автомобіля або програмі
дослідження. До опорної плити стенда, в поперечній площині, прикладається
сила Fy і, в момент початку проковзування шини по опорній поверхні,
заміряється величина сили Fy відповідно до рисунку 2б.
Коефіцієнти зчеплення шини з опорною поверхнею при малій швидкості
ковзання визначаються за формулами:
1) у поздовжньому напрямку:
=
(1.2)
1) у поперечному напрямку:
= (1.3)
Покриття опорної поверхні можуть бути різними: ґрунт, асфальт, бетон
і таке інше.
1.2 Коефіцієнт зчеплення
Після того, як були розглянуті основні способи визначення коефіцієнта
зчеплення, розглянемо питання – що таке коефіцієнт зчеплення і від чого він
може залежати.
Можливість автомобільних коліс, при нормальному навантаженні,
передавати і сприймати дотичні сили під час руху дорогою, є дуже важливою
характеристикою, що дозволяє автомобілю пересуватися. Надійне зчеплення
колеса з дорогою підвищує безпеку руху. Дану характеристику оцінюють
коефіцієнтом зчеплення φ – відношенням максимальної дотичної реакції у
плямі контакту до нормальної навантаження або реакції, що впливає
на колесо:
12
= (1.4)
Розрізняють два види коефіцієнта зчеплення при коченні колеса у
площині обертання: без буксування чи ковзання; при буксуванні, а також
коефіцієнт зчеплення у поперечній площині при бічному ковзанні колеса.
Коефіцієнт зчеплення за відсутності буксування чи ковзання
вважатимуться коефіцієнтом зчеплення спокою. Коли буксування і ковзання
дорівнюють оптимальним значенням коефіцієнт зчеплення стає дорівнює
коефіцієнту тертя спокою. Однак, у цьому випадку є прослизання елементів
протектора поблизу контурної лінії плями контакту.
Коефіцієнт зчеплення спокою трохи більше, ніж коефіцієнт зчеплення
при ковзанні та буксуванні. У стандартних шин коефіцієнт зчеплення при
буксуванні на 20 ... 25% менше, ніж при спокої.
Взаємодія шини з твердою дорогою характеризується тертям
контактуючих тіл і складається з деформаційної та молекулярної складових.
Перша зумовлена впровадженням у тіло протектора 13 шорсткості дороги, що
перешкоджає ковзанню шини по поверхні, друга – міжмолекулярною
взаємодією межі зіткнення шини з дорогою.
Інакше ці складові можна назвати: гістерезис та адгезія. Адгезія
утворюється в результаті міжмолекулярного скріплення між гумою покришки
та поверхнею асфальту. Це більше стосується сухої поверхні асфальту, але
адгезія значно знижується в умовах мокрого асфальту. Отже, під час дощу
знижується коефіцієнт зчеплення із дорогою.
Щоб пояснити, як гістерезис впливає на зчеплення між шиною та
дорогою, уточнимо, що таке гістерезис. По відношенню до шин, гістерезис –
це властивість гуми повертатися в природний стан після деформації, але із
затримкою. Наприклад, якщо впливати на протектор шини з низьким
гістерезисом, гума швидко повернеться у свій природний стан. Якщо зробити
те ж саме з шиною з високою гістерезисом, і вм'ятина залишиться там на кілька
13
секунд, повертаючись набагато повільніше. Те ж саме з шиною з високою
гістерезисом, і вм'ятина залишиться там на кілька секунд, повертаючись
набагато повільніше.
Розглянемо, яким чином гістерезис пов'язаний із зчепленням. Коли шина
деформується, вона набуває потенційної енергії, яка вивільняється при
поверненні в нейтральний стан. При гістерезі, енергія втрачається,
перетворюючись на тепло, отже, коли напруга знімається, виникає сила опору
між протектором і дорогою. Але точний механізм того, як виникає ця сила, не
зрозумілий.
Розглянемо рисунок 1.3, на якому показано деяке ковзання між гумою та
нерівною поверхнею. Якщо шина відновлює свій початковий стан повільно,
проходячи через нерівності, як у розглянутому вище випадку з високою
гістерезисом, вона не може тиснути на нижню частину поверхні нерівностей,
так як вона тисне на поверхню у верхній частині нерівностей. Ця різниця тиску
між верхніми та нижніми краями нерівностей призводить до сил тертя навіть
коли поверхні змащені. Механізм, про який йдеться, показаний на рисунку 1.3,
спочатку взятому з книги Хейні.
Зі збільшенням площі плями контакту зростає кількість мікровиступів,
охоплюваних відбитком шини, через це зі збільшенням його площі зростає
коефіцієнт зчеплення.
Великий вплив на коефіцієнт зчеплення мають стан опорної поверхні,
стан і конструкція шин, швидкість руху, вертикальне навантаження на колесо,
тиск повітря в шині, температура контакту.
Максимальні значення коефіцієнта зчеплення характерні для сухих
доріг із твердим цементо- та асфальтобетонним покриттями. Зчіпні якості
покриття з його зношування погіршуються. Найменші значення коефіцієнта
зчеплення відповідають для обледенілих, засніжених та мокрих покриттях,
виняток становить мокрий пісок, який ущільнюється та передає великі дотичні
сили.
Конструктивними особливостями, що впливають коефіцієнт зчеплення,
є розміри колеса і рисунок протектора. До невеликого збільшення коефіцієнта
14
зчеплення на сухих твердих покриттях призводить збільшення діаметра та
ширини бігової доріжки через збільшення площі плями контакту.
Рисунок 1.3 – Гістерезис при ковзанні шини
Великий вплив на коефіцієнт зчеплення має рисунок протектора.
Мінімальне зчеплення на мокрих, засніжених та обмерзлих асфальтових
покриттях мають шини з гладким протектором. Дрібний розчленований
протектор у формі поздовжніх ребер та шашок забезпечує найбільший
коефіцієнт тертя на дорогах з сухим твердим покриттям. На твердій мокрій
дорозі коефіцієнт зчеплення тим вищий, чим краще здатність шини видаляти
бруд та вологу з області плями контакту шини. Цьому сприяє рисунок із
поздовжніми ребрами, розчленований надрізами під кутом сорок п'ять
градусів. На слизьких покриттях в 1,5...2 рази коефіцієнт зчеплення підвищує
встановлення шипів протиковзання, а також виготовлення протектора із гуми
спеціального складу. Шини з високими грунтозацепами необхідні на
автомобілях, що працюють на покриттях, що деформуються, вони
15
характеризуються сильною розчленованістю протектора і рисунком у вигляді
косої ялинки, також протектор повинен забезпечувати самоочищення від
вологого грунту і снігу.
Швидкість руху автомобіля істотно впливає величину коефіцієнта
зчеплення. На дорогах з сухим твердим покриттям при зростанні швидкості
коефіцієнт зчеплення зменшується, так як при русі з більшою швидкістю гума
деформується і не встигає приймати початкове положення, внаслідок чого
протектор не повністю впроваджується в мікронерівності, що дещо знижує
коефіцієнт зчеплення.
На дорогах з асфальтовим покриттям істотно впливає коефіцієнт
зчеплення надає температура шини. При зростанні температури шини,
коефіцієнт зчеплення збільшується, через те, що гума стає м'якшою і краще
охоплює нерівності дороги.
Також на шину впливають тиск повітря в ній та нормальне навантаження
на колесо. При збільшенні тиску повітря в шині на чистому сухому опорному
покритті, коефіцієнт зчеплення зменшується, тому що площа плями контакту
відповідно зменшується. Однак більш інтенсивне видавлювання бруду і
вологи на мокрих покриттях в області плями контакту відбувається при
збільшенні тиску в шині, в результаті чого відбувається збільшення
коефіцієнта зчеплення.
«Зі збільшенням нормального навантаження на колесо на твердих сухих
покриттях відбувається зниження коефіцієнта зчеплення, оскільки коефіцієнт
тертя гуми зменшується зі зростанням тиску. На зледенілій та засніженій
дорогах відносна зміна коефіцієнта зчеплення при збільшенні навантаження
більше, ніж на дорогах з асфальтобетонним покриттям. На мокрих та брудних
дорогах зростання нормального навантаження забезпечує збільшення
коефіцієнта зчеплення» [13].
З літератури ми можемо відзначити, наскільки сильно різняться середні
коефіцієнти зчеплення поздовжнього напряму для типових дорожніх умов при
номінальному вертикальному навантаженні та тиску повітря, малій швидкості
16
руху на режимі повного ковзання колеса. Найменші показники відносяться до
шин високого, а великі – до шин низького тиску.
1.3 Площа плями контакту
Пляма контакту – це відбиток колеса на опорній поверхні. Форма плями
контакту у нерухомому стані виглядає у формі прямокутника або еліпсу.
Проте, під час руху автомобіля пляма контакту змінюється – від прямокутника
до трикутника. Площа плями контакту під час руху може бути навіть більшою
за площу плями контакту при статичному навантаженні. Вертикальне
навантаження залежить від перенесення центру мас автомобіля, наприклад,
при розгоні і гальмуванні, а також від впливу аеродинаміки. Високе
вертикальне навантаження і велика площа контактної плями забезпечують
найбільше зчеплення автомобіля з дорожнім покриттям, з чого випливає, що в
свою чергу створює тиск колеса на дорогу. Тиск колеса на опорну поверхню
дорівнює відношенню нормальної реакції Rz до площі плями контакту А.
Розрізняють контурну площу Ак та площу контакту по виступах рисунка
протектора Апр у відповідності до рисунка 1.4
а) б)
а-контурна; б – за виступами рисунка протектора
Рисунок 1.4 – Площа плями контакту з опорною поверхнею
17
Середній тиск колеса в плямі контакту дорівнює:
= / (1.5)
Середній тиск колеса по виступах рисунка протектора дорівнює:
пр = /пр (1.6)
Коефіцієнт насиченості протектора розраховується за наступною
формулою:
н = Апр/к (1.7)
«Середні тиски pk і pпр впливають на прохідність автомобіля, перш за все
при русі по поверхнях, що деформуються. Зі зменшенням тиску стає менше
глибина колії і, відповідно, опір руху» [13].
Щоб уникнути швидкого та сильного зносу дороги обмежують верхню
межу тиску. За вітчизняними нормами pk ≤ 0,6 МПа та pпр ≤ 0,85 МПа. Дані
значення передусім забезпечують підбором тиску повітря pв, оскільки існує
співвідношення:
=·в (1.8)
де kк - коефіцієнт, що враховує жорсткість покришки, рівний 1,1 ... 1,2.
З вище сказаного можна зробити висновок, що площа плями контакту
впливає тиск шини на дорогу, зміна площі плями контакту може призводити
до збільшення або зниження тиску, що в свою чергу впливатиме на зміну
коефіцієнта зчеплення і коефіцієнта тертя. Також необхідно помітити, що зі
збільшенням площі плями контакту зростає кількість мікровиступів, що
18
охоплюються відбитком шини, через це зі збільшенням його площі зростає
коефіцієнт зчеплення.
1.4 Навантаження шини нормальним навантаженням
Пляма контакту - це те, що стикається з дорогою і є точкою опори
автомобіля, яка сприймає на себе всі навантаження, що виникають. Шина,
будучи накачана повітрям, здатна сприймати великі навантаження через свою
еластичність і пружність.
Значення вертикальних навантажень на колесах передньої та задньої
осей залежать від розташування центру мас щодо осей, ваги автомобіля, а
також від дії аеродинамічних підйомних сил.
«Під дією прикладеного до колеса нормального навантаження шина
деформується, площа її контакту з опорною поверхнею збільшується доти,
доки не настане рівновага між нормальною реакцією дороги та
навантаженням. Це відбувається майже при постійному внутрішньому тиску
повітря в шині. Об'єм повітря, витіснений при деформації шини, в порівнянні
з об'ємом повітря в камері дуже малий, тому збільшення тиску в шині
внаслідок навантаження також мало і становить 1-2% нормального. Але
незважаючи на незначне підвищення внутрішнього тиску повітря в шині,
робота стиснення повітря при деформації шини досить значна» [17].
Розподіл ваги автомобіля по осях можна розрахувати за формулами.
- для передньої вісі:
· · = · , (1.9)
- для задньої вісі:
· · = · , (1.10)
де a - відстань від центру мас до передньої вісі;
19
b - відстань від центру мас до задньої віосі;
L – колісна база автомобіля в метрах дорівнює сумі a та b.
- вертикальна сила опору.
Отже, шина під впливом вертикального навантаження Fz деформується.
У шини, у статичному стані, тиск по площі плями контакту розподіляється
нерівномірно і приблизно дорівнює нормальній деформації шини. Епюра
розподілу тиску показана на рисунку 1.5. Розподіл тисків в набігаючій 1-2 і 2-
3 частинах, що збігає, однаково, тому рівнодіюча тисків по контактній
поверхні, рівна реакції Rz, прикладена в точці 2, середині контактної лінії.
При русі колеса, кожен елемент шини відчуває цикл навантаження та
розвантаження за один оборот. У частині, що набігає, відбувається стиск, а в
тій, що збігає відновлення колишньої форми елемента шини. У кожній точці
контактної плями діє нормальна реакція ΔRz. Залежність ΔRz від нормальної
деформації hz показана рисунку 6. Як ми можемо бачити з малюнка, лінія
навантаження 1-2 проходить вище лінії розвантаження 2-3, що
характеризується гістерезисними втратами шини. Заштрихована частина
утворює петлю гістерези, яка показує втрати енергії при деформації шини за
один оборот. Ця енергія йде на нагрівання шини. При тривалому русі
температура шини може досягати 100...120 градусів.
Рисунок 1.5 – Епюра тисків в плямі контакту шини нерухомого колеса з
опорною поверхнею
20
а – епюра тисків у контакті; б – пружна характеристика шини
Рисунок 1.6 – Взаємодія колеса, що котиться, з опорною поверхнею
1.5 Навантаження шини бічною силою
Коли автомобіль рухається в реальних умовах на нього майже постійно
діє бокова сила: сила вітру, що становить сили тяжіння при русі на косогорі,
сили, що з'являється через наїзд на нерівність, відцентрова сила при повороті,
інерційні сили, сили, що виникають внаслідок різниці поздовжніх реакцій на
колеса правого та лівого бортів автомобіля, що призводять до появи моменту,
що повертає.
На роботу шини, керованість та стійкість автомобіля великий вплив
надає податливість шини у бічному напрямку. Бічний деформування шини є
досить складний процес, представлений рисунку 1.7.
21
Т – сила натягу нитки корда; αб – кут зміщення обода; у – бічне
зміщення обода
Рисунок 1.7 – Поперечний переріз шини за наявності нормальної та
бічної сили
При дії бічної сили Fy поперечний профіль шини перекошується і стає
несиметричним щодо вертикальної площини, що проходить через центр
контактної плями і перпендикулярної осі колеса. Проекції натягу в нитках
лівої та правої стінок шини на горизонтальну площину внаслідок такого
перекосу стають нерівними один одному. Тому бічна сила врівноважується
різницею проекцій натягу Т на горизонтальну вісь, тобто.
Fy = T·sin(α+ αy) – Tsin(α- αy) (1.11)
враховуючи, що
αy = y/H (1.12)
де Н – висота профілю.
22
Т = рw · r (1.13)
де рw - тиск повітря в шині,
r – радіус колеса.
Fy = 2рw∙(y / H) ∙r∙cosα (1.14)
Досліди показали, що зі зростанням тиску повітря шини, збоку
жорсткість може навіть зменшитися, тобто зменшення довжини контакту
позначається більшою мірою, ніж натяг ниток каркаса.
Бічна жорсткість шини визначається залежністю бічного зміщення
колеса від бічної сили.
Бічна жорсткість шини є тангенсом кута нахилу кривої, тобто похідну
залежності бічного навантаження від бічного зміщення. Ця залежність лінійна
досі прослизання. Таким чином, бічна жорсткість колеса є постійною
величиною, практично незалежна від зсуву.
1.6 Бічний зсув і кут відведення
Коли водій повертає кермо, автомобіль починає повертати. Незабаром
після цього інерція автомобіля генерує відцентрову силу або інерційну силу,
яка виштовхує автомобіль із повороту. Ця сила (яка є непрямою силою,
оскільки вона виникає тільки через інерційні ефекти) також передається на
шини, викликаючи на них бічне відхилення. На рисунку 1.8 показано, як
виглядатиме покришка після деформації. Зліва показана шина за умов
прямолінійного руху при нульовому ковзанні, а справа шина, деформована
після бічного відхилення, викликаного інерційними силами.
Бічний відхилення відбувається з двох причин: по-перше, шина
еластична в повороті, тобто та частина шини, яка знаходиться в контакті з
дорогою (пляма контакту), не буде обертатися так само сильно, як решта шини
(під обертанням розуміється поворот коліс навколо вертикальної осі).
23
Оскільки шина еластична, точки у плямі контакту також матимуть бічне
відхилення.
Рисунок 1.8 – Деформація шини під час повороту
Як тільки покришка скручується, частинки, які знаходяться в плямі
контакту, постійно намагатимуться повернути свою початкову форму, вони
будуть відчувати бічне відхилення проходячи через передній край контактної
плями, центр і задній край контактної плями. З іншого боку, частинки
скріплені одна з одною, і через це, деформація починає перш ніж частка
досягає передній край плями контакту, і закінчується після того, як гума
виходить з плями контакту.
На рисунку 1.9 показана деформація, що відбувається до, під час та після
дотику частинок до дороги, взятого з книги Кларка.
Рисунок 1.9 – Бічна деформація у плямі контакту
24
Друга причина, через яку відбувається бічна деформація, полягає в тому,
що зчеплення між шиною і дорогою перешкоджає бічному ковзанню шини,
при впливі інерційної сили, що виштовхує шину назовні повороту. Це
поєднання ефектів змушує шину переміщатися у напрямку, протилежному до
того, куди вона спрямована. Наприклад, якщо людина рухається прямо, але з
кожним кроком вона переміщає ноги на кілька сантиметрів убік, шлях, який
пройдуть ноги, буде під кутом до напрямку, в якому людина рухається. Те саме
відбувається у плямі контакту шини.
Коли бічна сила діє на жорстке в бічному відношенні колесо, то
траєкторія руху колеса проходитиме в його поздовжній площині доки бічна
сила не перевищить силу зчеплення з дорогою. Після відбувається ковзання
колеса, зване бічним заносом.
Коли бічна сила діє при коченні еластичного колеса, відбувається інший
процес. Деформація шини змушує колесо котитися під кутом до поздовжнього
вектора швидкості і таке явище називають бічним відведенням, а той кут, під
яким котиться колесо, називають кутом бокового відведення, і це має
фундаментальне значення для знання того, як поводиться автомобіль під час
повороту. Важливо, що між шиною та дорогою не відбувається ковзання.
Якщо бічна сила відсутня під час кочення колеса, то точки, що лежать на
середній лінії колеса, будуть лягати на дорогу в площині обертання і бічний
відвід відсутній, як показано на рисунку 1.10.
Рисунок 1.10 – Схема кочення колеса за відсутності бічної сили
25
Під дією бічної сили середня лінія деформується, тому що центр колеса
відхиляється у бік дії поперечної сили. Тепер при коченні колеса точки, що
лежать на середній лінії, будуть лягати на поверхню дороги під кутом до
площини обертання колеса, як показано на рисунку 1.11.
При малих кутах відведення, ковзання в плямі контакту практично
відсутня, тому пляма контакту, не змінюючи форми, розгортається на
величину кута уводу. Кут відведення залежить від бічної жорсткості колеса та
шляху релаксації tp.
Рисунок 1.11 – Схема кочення колеса під дією бічної сили
Оскільки деформація шини у передній частині плями контакту більша, ніж у
задній, рівнодіюча бічна реакція колеса зміщена назад, на величину плеча
зносу, як показано рисунку 1.12.
26
Рисунок 1.12 – Схема кочення колеса з відведенням (вид зверху)
1.7 Бічна сила
Бічна сила, що у шині, породжує силу пружності. Ця сила, звана бічною
силою відведення або бічною силою, перпендикулярна до напрямку руху і
виникає в центрі плями контакту. Бічна сила і кут уводу взаємопов'язані: бічну
силу, можна уявити, як результат кута уводу, і кут уводу, як результат бічної
сили (якщо бічна сила збільшилася, відцентрова сила теж збільшується,
викликаючи більше відхилення шини, і, отже, більший кут відвода). Бокову
силу відведення можна уявити, як здатність шини чинити опір бічному
ковзанню шини під час повороту.
Бічна сила збільшуватиметься з кутом відведення, і обидва зростатимуть
за рахунок зменшення радіусу повороту або збільшення лінійної швидкості
транспортного засобу (обидві ці умови є зростанням бокового прискорення).
У міру того, як кут відведення збільшується, починає відбуватися ковзання
протектора покришки. Якщо кут ковзання ще більше збільшиться, зрештою
шина "зірветься" і ковзання відбудеться у всій плямі контакту.
При повороті покришка працює у трьох діапазонах, а саме, за відсутності
ковзання, при деякому ковзанні та при повному ковзанні, які називаються:
пружний діапазон, перехідний діапазон та діапазон тертя. При ковзанні між
27
шиною та дорогою тертя виникає з-за бічної реактивної сили (бічна реакція
коліс). На малюнку 15, взятого з книги Мілікіна, показано зв'язок між бічним
зусиллям і кутом відведення на графіку, де можна побачити три робочі
діапазони. Нахил кривої на лінійному (пружному) діапазоні називається
поворотною жорсткістю шини, і це є важливим параметром аналізу поведінки
транспортного засобу при здійсненні повороту.
Рисунок 1.13 – Бічна сила і кут відводу при нормальному навантаженні
8000 Н
28
Рисунок 1.14 – Залежність кута відведення від бічної сили для трьох
типів шин
1.8 Характеристики шин, що впливають на керованість автомобіля
Характеристики шин сильно впливають на керованість автомобіля.
Особливо від них залежать кути відведення. Для досягнення гарної
керованості необхідно максимально реалізувати здатність шин сприймати
бічні і поздовжні сили, що виникають при русі автомобіля, а для цього
необхідно належним чином налаштувати підвіску і системи управління.
Вплив конструкції шини. Радіальні шини добре опираються виводу
автомобіля і мають більший коефіцієнт опору відведення, ніж діагональні
шини, але більш схильні до зриву при досягненні максимального кута уводу.
Зношені покришки також мають більший коефіцієнт опору відведення,
порівняно з покришками із повним малюнком протектора. Шляхи релаксації
радіальних шин мають більші значення, ніж у діагональних шин.
29
Вплив тиску повітря у шині. Коефіцієнт опору відведення, зі зростанням
тиску повітря в шинах, збільшується. Таким чином, при зменшенні тиску
повітря в задніх покришках та (або) збільшенні тиску в передніх, реакція
керування автомобіля зміниться у бік надмірної повертаності, відповідно, при
зворотних показниках тиску, тобто збільшення тиску в задніх покришка і
зменшення в передніх призводить до недостатньої повертаності автомобіля.
30
РОЗДІЛ 2. ПОШУК ПАТЕНТНИХ І ТЕХНІЧНИХ АНАЛОГІВ
КОНСТРУКЦІЇ ЩО РОЗРОБЛЯЄТЬСЯ
2.1. Результати пошуку патентних аналогів конструкції
В якості прототипу конструкції, що розробляється, серед патентів, що
знаходяться у відкритому доступі, був виявлений стенд для випробування
пневматичних шин, відповідно до опису пристрій до авторського свідоцтва
№1195210.
Виріб відноситься до транспортного машинобудування, а саме до
стендів для дослідження взаємодії пневматичних шин з опорними поверхнями,
що пластично деформуються. Мета пристрою – розширення функціональних
можливостей дослідження взаємодії пневматичних шин з поверхнями, що
пластично деформуються.
На рисунку 2.1 схематично зображено стенд, загальний вигляд; на
рисунку 2.2 – стенд, вид збоку; на рисунку 2.3 - ґрунтова ванна на рисунку 2.4
- схема взаємодії шини з ґрунтовою ванною; на рисунку 2.5 - гідравлічна
схема; на рисунку 2.6 - резинотканева ємність.
«Стенд містить силову раму 1, на якій встановлена верхня рама 2 з
направляючими роликами 3, на яких встановлений поворотний круг 4. У
поворотному кругу 4 розміщується об'єкт випробування - шина на колесі 5, що
встановлюється на вимірювальній осі 6, що з'єднується з поворотним кругом 4
допомоги силовимірювальних датчиків 7. Крутний момент до шини 5
підводиться за допомогою приводу 8 від високомоментного гідромотора 9.
Поворотний круг повертається у верхній рамі 2 за допомогою приводу (на
рисунку 2.1 і 2.2 не показаний) і служить для встановлення кутів уведення
колеса щодо напрямку переміщення грунтової ванни 10. Грунтова ванна 10
встановлена на столі 11 і спирається на напрямні ролики 12. Для переміщення
ґрунтової ванни служить гідроциліндр 13. Грунтова ванна 10 піднімається і
притискається до колеса за допомогою гідроциліндра 14. Напрямок
переміщення підйому столу 11 забезпечується направляючими 15 і роликами
31
16. На рисунку 2.3 зображена грунтова ванна 10, що складається з корпусу 17,
на дні якої укладені резинотканеві ємності 18 (резиноткані ємності 18 за
рахунок тиску з боку грунту 19 яких насипаний ґрунт 19. На рисунку 2.4
показано взаємодію шини 5 з ґрунтовою ванною 10, де ґрунт 19 обтиснутий
під шиною в зоні контакту 20.» [14]
Рисунок 2.1 – Стенд для дослідження пневматичних шин, загальний
вигляд
Рисунок 2.2 – Стенд для дослідження пневматичних шин, вид збоку
32
Рисунок 2.3 – Грунтова ванна
Рисунок 2.4 – Схема взаємодії шини із ґрунтовою ванною
Рисунок 2.5 – Гідравлічна схема
33
Рисунок 2.6 – Гумовотканева ємність
Передбачається застосування запропонованого стенду для випробування
шин ралійних автомобілів та автомобілів, сконструйованих для ралі-рейдів.
Конструкція стенду загалом передбачає імітацію режимів руху автомобілів
цих марок.
Стенд передбачає дослідження всіх можливих режимів роботи
пневматичних шин:
1. Ведомого режиму.
2. Провідного режиму.
3. Гальмівний режим.
2.2 Результати пошуку промислових прототипів конструкції
У процесі пошуку аналогів конструкції, що розробляється, були виявлені
стенди, що використовуються в автомобільній промисловості для проведення
досліджень з автомобільних шин.
Дослідження проводять лабораторним методом. "Як було визначено
раніше, роботу шини багато в чому визначають її пружні або жорсткі
характеристики, зокрема характеристики радіальної, тангенціальної, бічної і
кутової жорсткостей, що становлять відношення відповідно радіального,
тангенціального, бічного зусиль, а також моменту в місці контакту шин з
34
дорогою до деформацій, що викликаються ними шини у відповідних
напрямках.» [15]
«Для визначення радіальної жорсткості зазвичай використовують прес,
який має механізм навантаження та систему відліку деформацій. У шинній
промисловості цієї мети застосовують стенд ОПШ-30, призначений для
випробувань металевих зразків на розрив. Стенд ОПШ-30 (рисунок 2.6) має
нерухому траверсу 3, на якій встановлений гідроциліндр 4. [1]
Рисунок 2.6 – Випробувальний стенд ОПШ-30
«Плунжер стенду 5 через рухому траверсу 6 і тяги 12 переміщає стіл 13,
що впливає на шину 11, яка підвішена за допомогою тяг 1 до траверсі 3. На цій
траверсі укріплений гак 2 підйомної талі для установки колеса. Тиск
гідроциліндра створюється насосом 10 і вимірюється силовимірювальним
приладом 7, показання якого пропорційні діючому навантаженню. Стенд
обладнаний записуючим пристроєм, барабан якого з'єднаний тросиком з тягою
12 і повертається на кут, пропорційний деформації шини, а перо 8 залежно від
навантаження, що діє, переміщається по утворює барабана 9 і автоматично
викреслює криві в координатах зусилля - радіальна деформація шини. На
35
стенді крім характеристик радіальної жорсткості визначають площі відбитків
та стати та статичні радіуси шин, а також міцність каркасу методом
продавлювання шини наконечником відповідної форми з подальшим
підрахунком роботи, витраченої на руйнування, яка характеризує міцність
каркасу. Тангенціальну, або окружну, жорсткість шини визначають на
установках, принципова схема однієї з яких дано на рисунку 2.7 »[1]
Рисунок 2.7 – Установка визначення тангенціальної жорсткості шин
«По верхній штанзі 1 установки переміщається вантаж 2. Це дозволяє
регулювати вертикальне зусилля, прикладене до випробуваного колеса 6,
шляхом зміни моменту вантажу 2 щодо опори 8. Гвинт 3 служить для
підтримки важеля в горизонтальному положенні і безпосередньо передає
зусилля через ресору 5 на балку 10, закріплену на осі стійки 8 і вантаж 9 для
вивішування колеса щодо опорної плити 7. Карданний вал 11 з'єднує колесо з
храповим пристроєм 12, собачка 14 якого через сектор 13 і трос пов'язана з
гвинтом 16. По осьовому переміщенню гвинта 16 з урахуванням
передавального відношення визначають кут закручування,5 що створюється
на колесі. Відношення цього зусилля до кута повороту колеса – тангенційна,
або окружна, жорсткість шини.
Бічна жорсткість шини визначають на установках, схема однієї з яких
36
зображена на рисунку 2.8. [1]
Рисунок 2.8 – Установка для визначення бічної жорсткості шин
«Випробовуване колесо 6 жорстко пов'язане з трубою 3 вільно
посадженої на осі, внаслідок чого труба може переміщатися вздовж осі і
обертатися навколо неї. Через підшипники труба пов'язана з рамою 4, яку
впливають вантаж 5, притискаючи шину до основи. Вантаж 11 через блок та
трос 10 створює бічне зусилля на колесі. Вісь 2 жорстко пов'язана зі станиною
1, остання може гойдатися на шарнірі 8, що необхідно для початкового
вивішування колеса, яке здійснюється за допомогою противаги 9. Бічна
деформація шини фіксується самопишучим пристроєм 7.» [7]
Для визначення кутової жорсткості шини спирають шину на
поворотний диск, що взаємодіє з основою через кульки. Щодо моменту, що
повертає диск, до кута його повороту підраховують кутову жорсткість у місці
контакту шини з основою.
«Поздовжній коефіцієнт зчеплення, що є відношенням дотичного
зусилля в місці контакту до нормального навантаження на колесі при його
ковзанні, визначається на установці, яка використовується для зняття
тангенціальної жорсткості шини. Поперечний коефіцієнт зчеплення, що
характеризується ставленням бічної сили до нормального навантаження на
колесі при бічному ковзанні колеса, визначається на установці, зображеній на
37
рисунку 1.3. На цій же установці, якщо колесо оперти не на нерухому основу,
а на барабан, що обертається або диск з приводом від електродвигуна, можна
знімати характеристики бічного відведення шин. Однак не менш поширені
стенди, на яких бічну силу змінюють поворотом осі обертання колеса до осі
обертання бігового барабана.» [3]
«Опір коченню в лабораторних умовах визначається на стендах з
біговим барабаном або диском, що обертається в горизонтальній площині.
Принципова схема стенда з біговим барабаном наведена на рисунку 2.9.» [1]
Рисунок 2.9 – Стенд для визначення опору сил кочення
«Колесо з випробуваною шиною 1 спирається на біговий барабан 2 і
має привід від електродвигуна 3, а барабан з'єднаний з генератором 4.»
38
РОЗДІЛ 3. КОНСТРУКТОРСЬКИЙ РОЗДІЛ
3.1 Вихідні дані для розрахунків
Тип автомобіля - повнопривідний легковий автомобіль 2 класу
Колісна формула - 4х4
Кількість осіб - n = 1 (особа.)
Довжина = 3720 мм.
Ширина (Br) = 1680 мм.
Висота (Hr) = 1640 мм.
Маса у спорядженому стані – m0 = 1210 кг.
Шини: 185/75 R 16
Коефіцієнт аеродинамічного опору - Cx = 0.58
Коефіцієнт опору коченню - f0 = 0.016
Коефіцієнт подоланого ухилу - αmax = 0.30
Максимальна швидкість - Vmax = 145 км/год (40 м/с)
Максимальна частота обертання колінчастого валу - e max = 630 с-1
(6016 об/хв)
ККД трансмісії - ηтр = 0.92
Число передач - 5
3.2 Розробка конструкції стенду для випробування шин позашляхових
автомобілів
3.2.1 Технічне завдання на розробку стенду для випробування шин
позашляхових автомобілів
Потрібно розробити стенд для проведення випробувань позашляхових
шин. Підставою для розробки буде опис винаходу до авторського свідоцтва
№ 1195210. Повний опис наведено у розділі 2.1 цієї розрахунково-
39
пояснювальної записки.
Стенд для дослідження пневматичних шин, що містить, згідно з
описом винаходу раму, встановлені на ній стіл з пристроєм для його
вертикального підйому, поворотний круг з механізмами кріплення та
приводу випробуваного колеса з шиною і привід обертання поворотного
кола щодо вертикальної осі, забезпечений ґрунтовою ванною, встановленою
на стол з можливістю горизонтального переміщення.
Технічна характеристика стенда, що розробляється, в рамках
технічного завдання складається, виходячи з характеристик, необхідних для
проведення лабораторно-дослідних робіт.
Характеристики установки:
Габаритні розміри: 1500 х 1500 х 1700
Маса установки не більше: 750 кг
Діаметр диска: 12” – 20”
Максимальний діаметр колеса: 1200 мм
Призначення стенду – проведення випробувань шин коліс автомобілів
ралійних модифікацій та автомобілів ВАЗ. У конструкції, що розробляється,
слід передбачити можливість подальшого вдосконалення конструкції за
рахунок розширення номенклатури випробуваних коліс і збільшення
варіювання режимів навантаження.
3.2.2 Технічна пропозиція на розробку стенду для випробування шин
позашляхових автомобілів
Відповідно до технічного завдання на розробку стенду для
випробування шин позашляхових автомобілів потрібно провести розробку
варіантів компонування стенду.
Розглянемо можливі варіанти компонування виробу і проведемо їх
аналіз виявлення найбільш прийнятного варіанту, рисунок 3.1, рисунок 3.2.
40
Рисунок 3.1 – Перший варіант компонування
Рисунок 3.2 – Другий варіант компонування
Перший варіант компонування передбачає виконання виробу з опису
винаходу, коли в якості механізму завдання кута повороту колеса з шиною
використовується поворотний круг, а колесо закріплюється на парі півосей.
Недоліком подібного компонування є незручність закріплення колеса, так
як в цьому випадку доводиться зміщення однієї з півосей убік, що
41
вимагатиме додаткових витрат по організації шліцевого вузла. Підйомна
ванна вимагає складного механізму підйому, із застосуванням циліндра або
іншого вузла підйому, крім того, досить незручно проводити тарування
системи навантаження для кожної з марок коліс. Також варто відзначити
велику металоємність конструкції, що є причиною вищої вартості
виготовлення та збирання.
Другий варіант компонування передбачає виріб, виконаний з
можливістю закріплення колеса із шиною консольно на осі. У цьому
випадку значно спрощується процес монтажу-демонтажу об'єкта, що
випробуваний. Як механізм завдання кута повороту колеса для імітації
режиму гальмування з відведенням передбачається використовувати
гвинтовий механізм (не показаний), а саме колесо закріпити з можливістю
повороту відносно вертикальної осі. Подібна міра дозволить значно знизити
металоємність стенду, тому що немає необхідності виконання бігової
доріжки під поворотний пристрій. Колесо закріплюється на штанзі з
можливістю повороту, що по-перше дозволить закріплювати шини різного
розміру, а по-друге, дозволить імітувати різні режими навантаження
використовуючи гідроциліндр меншої потужності.
Остаточно приймається другий варіант компонування.
Розглянемо гідравлічну схему установки, так як передбачається
застосування в конструкції гідроциліндра, зважаючи на малі габарити і
великі зусилля, що розвиваються.
На рисунку 3.3 зображено гідравлічну схему установки.
Гідросистема складається з кількох незалежно працюючих контурів -
контуру закачування гумотканинних ємностей і контурів гідроциліндрів.
Контур закачування гумотканинних ємностей дозволяє підключати
будь-яку їх кількість, обмежуючись лише подачею насоса. Виконання
передбачається за замкненою схемою.
Підключення циліндра передбачається також за замкненою схемою,
для компенсації гідровтрат через протяжність рукавів передбачається
42
застосування бака, закритого від зовнішнього середовища. Тип насоса в
технічному реченні не обговорюється, але імовірно буде застосовуватися
шестеренний гідронасос.
а) контур закачування гумотканинних ємностей: 1 - масляний бак; 2 –
насос; 3 – фільтр; 4 – кран-перемикач; 5 – перепускний клапан; 6 –
зворотний клапан; 7 - резинотканева ємність;
б) контур гідроциліндрів: 1 - масляний бак; 2 – фільтр; 3 – зворотний
клапан; 4 – насос; 5 – вентиль; 6 – кран перемикач; 7 – гідроциліндр
Рисунок 3.3 – Гідравлічна схема установки
Рисунок 3.4 – Електрична схема підключення двигунів установки
43
На рисунку 3.4 представлено схему підключення двигунів стенду. Так
як передбачається використовувати в конструкції електродвигуни з
потужністю до 8 кВт, то схема представлена на малюнку виконана
відповідно до потужності. Якихось особливостей схема не має. На рисунку
3.5 зображена кінематична схема виробу з вказаними на ній найбільш
характерними для цього виробу розрізами. Розглянемо кожен із них окремо
з проведенням аналізу, виявлення кращого кожному за варіантів
компоновки.
Рисунок 3.5 – Кінематична схема стенду
Розглянемо запропоновані до опрацювання розрізи з метою
визначення найбільш прийнятного компонування. Розріз компонування
приводного вузла представлений рисунку 3.6.
Варіанти компонування приводного вузла за розрізом А-А.
44
1 – колесо із шиною; 2 – гальмівний диск; 3 – диск маточини; 4 - маточина;
5 – затискач; 6 – кришка; 7 – гайка; 8 – вісь маточини; 9 – передній
підшипник; 10 – задній підшипник; 11 – привід із ШРУС; 12 – опорна балка;
13 – захисний кожух; 14 - вісь повороту колеса; 15 – кронштейн осі; 16 –
маховик; 17 – високомоментний двигун
Рисунок 3.6 – Компонування по розрізу А-А
Як основний елемент кріплення передбачається використання вузла
від передньопривідного автомобіля. У цьому випадку без змін
використовуються механізм приводу зі ШРУС 11, вісь маточини 8 і
гальмівний диск з супортом 2, який передбачається використовувати для
імітації руху колеса з різним ступенем загальмованості. Ступицю 4
передбачається виготовляти самостійно. Це пов'язано з тим, що на
стандартний механізм приводу передбачається закріплення різних типів
дисків з шиною 1. Передбачається в цьому випадку, що буде здійснюватися
кріплення шляхом накручування на ступичну частину затиску 5,
безпосередньо притиск буде також проводитися шляхом використання
різних перехідних шайб зі штифтами, розташованими у місцях знаходження
45
кріпильних болтів на диску. Таким чином, передача крутного моменту буде
проводиться від ШРУС 11 до маточини 4, а потім через притиск з шайбою
5 на колесо 1. В якості приводу передбачається використання
високомоторного гідромотора, або мотор-редуктора. Вибір того чи іншого
типу двигуна буде підтверджений розрахунком моменту, що крутить, при
необхідній швидкості переміщення. Передбачається також випробування
колеса в режимі виведення, для чого вузол передбачається оснастити
механізмом завдання кута повороту. Механізм представляє собою гвинтову
передачу 14, що переміщає через важіль колесо. Весь вузол монтується на
балці 12.
1 – колесо із шиною; 2 – опорна балка; 3 – шарнір; 4 – кронштейн; 5 –
гідроциліндр; 6 – шарнір циліндра.
Рисунок 3.7 – Компонування вузла нахилу за розрізом Б-Б
46
Передбачається закріплення колеса 1 на опорній балці 2 можливістю
нахилу щодо шарніра 3. Дане рішення дозволить проводити закріплення
коліс з шиною 1 різного розміру та здійснювати навантаження, що імітує
навантаження на колесо під час руху, за допомогою одного гідроциліндра 5.
Передбачається виконання опорної балки 2 вигнутої форми, що дозволить
зменшити габарити вузла в цілому . Гідроциліндр 5 з'єднується з балкою за
допомогою кронштейна 4, який передбачається вварювати в корпус балки
2. Як шарнірний підшипник, зважаючи на малий кут повороту і великих сил,
що впливають на вузол в момент навантаження передбачається
використовувати втулки з бронзи або сплавів на її основі.
Варіант виконання вузла переміщення ґрунтової ванни по розрізу В-В
представлений рисунку 3.8.
1 – станина стенду; 2 – гідроциліндр; 3 – габаритна вставка; 4 –
гумотканинна ємність; 5 – ґрунтовий шар; 6 – кронштейн; 7 – колесо; 8 –
напрямна; 9 – опорний ролик; 10 – корпус ванни
Рисунок 3.8 – Компонування вузла переміщення ґрунтової ванни по
розрізу В-В
Грунтова ванна, являє собою сталеву ємність 10, нижня частина якої
заповнюється гумотканевими ємностями 4, пристрій та принцип дії яких
47
описаний вище. Для імітації кочення колеса 7 передбачається переміщення
всієї ванни 10, при нерухомому колесі 7, для чого ванна обладнується
напрямними полозами 8, розташованими в нижній частині. Переміщення
здійснюється за опорними роликами 9, причому ролики 9 розташовуються
через рівні проміжки: менші в місці безпосереднього контакту, великі в
місці переміщення 10 ванни без навантаження. Як механізм переміщення
передбачається використовувати гідроциліндр 2, зважаючи на великі
зусилля, що розвиваються, при відносно невеликих габаритних розмірах.
Габаритні вставки 3 призначаються для обмеження ходу колеса 7 по
простору з резинотканевими ємностями 4, а також для запобігання контакту
ємностей 4 безпосередньо зі стінками 10 ванни. Весь механізм переміщення
ванни 10 розміщується безпосередньо на станині стенда 1.
3.2.3 Естетика стенду для випробування шин позашляхових
автомобілів
«Пророблення зовнішнього естетичного виду виробу, що
розробляється, проводиться для підвищення маркетингової привабливості
продукції, а також з метою створення оптимальної гармонії виробу з
умовами експлуатації.» [12]
«Рама стенду виконується із просторово зварених швелерів, що
візуально створює відчуття надійності та стійкості всієї конструкції загалом.
Опорну балку слід виконувати за габаритами в пропорціях, що
співвідносяться з розмірами рами (приблизний діапазон співвідношень 0,8-
1,2 довжин корпусу), так як з точки зору естетики подібна деталь створить
враження громіздкості конструкції та малої жорсткості її кріплення, а при
менших враження необхідності докладання значних зусиль. Подібні речі
викликають у персоналу, який обслуговує стенд, якийсь моральний
дискомфорт, що загалом веде до додаткового відволікання уваги.
48
Виріб повною мірою відбиває своє функціональне призначення,
тобто. випробування коліс транспортного засобу та має всі характерні
ознаки для свого класу. Стенд має чітко виражений робочий орган (опорну
балку з механізмом кріплення та приводу, а також ґрунтову ванну), який
підкреслюють тип виконуваних за допомогою даного виробу видів робіт.»
[16].
«Важливе значення при опрацюванні естетичних вимог варто
приділити забарвленню виробу, яке має бути досить помітним, щоб
привертати увагу, як і будь-який мобільний об'єкт, особливо у виробничих
умовах, але водночас не виступати додатковим дратівливим фактором для
робітника. Рекомендується пофарбувати ґрунтову ванну та опорну балку
емаллю в помаранчевий колір, додатково рекомендується нанести чорні
смуги, що дозволить виробу не губитися на просторі. Зовнішні нерухомі
площини стенду можна також пофарбувати емаллю, або порошковою
фарбою світло-зелений, або синій колір. Внутрішні поверхні дверцят
електрошаф необхідно пофарбувати в червоний колір. Рукоятки виконати із
чорної гуми, що візуально згладить їх обриси та створить візуальне відчуття
завершеності конструкції. На деталі, що виступають, нанести чорні смуги,
що підкреслить габарити конструкції і послужить додатковим фактором
привернення уваги до мобільного об'єкта.» [17]
3.2.4 Ергономіка стенду для випробування шин позашляхових
автомобілів
«Важливе значення при проектуванні виробу мають його ергономічні
показники, тобто його ступінь пристосованості до усереднених людських
параметрів. Саме ці параметри є визначальними при подальшому
впровадженні виробу у виробництво» [12].
«Установка призначена для випробування коліс транспортних
засобів. Відповідно до вимог ергономіки, висота підйому робочим колесом
49
масою до 12 кг не повинна перевищувати 0,8м. Зусилля робітника при
монтажі-демонтажі повинно становити не більше 150 Н при впливі на
важіль притиску. Під час руху ванни конструкція установки повинна
забезпечувати робочому оптимальні кути огляду для забезпечення безпеки
руху. Горизонтальні кути огляду (без урахування повороту голови
робітника) повинні становити 60°, вертикальні-10º вгору та 30º вниз» [14].
Пульт керування повинен перебувати на висоті 850-900 мм від рівня
підлоги, що продиктовано вимогами ергономіки, що висуваються до органів
управління випробувальних пристроїв та стендів.
3.2.5 Розрахунок конструкції стенду для випробування шин
позашляхових автомобілів
Розрахунок проводиться, виходячи з того, що максимальне
навантаження на колесо складе навантаження, еквівалентне максимальному
навантаженню на колесо автомобіля цієї марки. Імітацію навантаження
передбачається виконувати з використанням гідроциліндра, що впливає на
вузол закріплення через важіль. Розглянемо схему вузла, для визначення
габаритних розмірів циліндра і зусиль, що розвиваються, за габарити вузла
приймемо розміри важеля, визначені в результаті попередньої
компонування конструкції.
Найбільша величина навантаження буде відповідати автомобілю з
повним навантаженням, оскільки передбачається проводити випробування
коліс автомобілів цієї марки. Максимальне навантаження на колесо,
виходячи з повної маси автомобіля 2800 кг, складе 700 кг, для розрахунків,
з урахуванням можливих умов імітації з перевантаженням, а також
нерівномірності розважування по осях, приймаємо 750 кг.
50
Рисунок 3.9 – Схема вузла імітації колісного навантаження
Зробимо розрахунок зусилля на штоку гідроциліндра та його
габаритні розміри. Сила від впливу прикладеної сили Р визначається зі
співвідношення:
= ∙0,25 (3.1)
0,6
Знаючи, що сила W = 7500 Н, визначимо силу Р:
∙ 0,25 7500 ∙ 0,6
= 0,6 = 0,25 = 18000
Здійснимо розрахунок основних параметрів гідроциліндра,
враховуючи, що максимальне зусилля на штоку 18 000 Н (1800 кгс).
Площа поршня визначається виразом:
F = Р / р (3.2)
де р – тиск нагнітання, кгс/см2;
51
р = 15 МПа = 150 кгс/см2;
F = 1800/150 = 12 см2;
Діаметр циліндра визначається за умови.
= �4∙, (3.3)
= �4∙12 = 3,91см,
3,14
Приймаємо діаметр гідроциліндра D=40 мм.
Товщина стінки визначається за умови:
≥ p ∙ D/(2 ∙ [σ]) (3.4)
≥ 15 ∙ 0,04/(2 ∙ [51])=0,006
З міркувань забезпечення запасу міцності в 1,2 рази приймаємо
товщину стінки гідроциліндра, що дорівнює S = 6 ∙ 1,2 = 7,2 мм. Остаточно
приймаємо для цього елемента товщину стінки 7 мм.
Подача насоса визначається умови переміщення колеса з шиною на
величину, достатню для проведення монтажно-демонтажних робіт,
приймається з попередньої компонування 0,17 м за 0,5 хв, при цьому хід
поршня становить 170 мм. Таким чином, подача насоса має становити:
G = V/t, (3.4)
де V –об’єм порожнини, що заповнюється, м3;
t – час заповнення порожнини, хв;
52
= ∙2∙ (3.5)
4∙
3,14 ∙ 0,042 ∙ 17
= 3
4 ∙ 0,25 = 0,0004 м /хв
Величина подачі для даного гідроциліндра становить 0,4 л/хв, цій
умові відповідає шестеренний насос на підставі отриманої хвилинної подачі
та робочого тиску. Цим умовам відповідає шестеренний насос НШ4Е:
робочий об'єм – 4 см3, подача – 0,46 л/хв, тиск нагнітання 15 МПа, частота
обертання – 1500 об/хв, потужність насоса – 2,93 кВт, об'ємний ККД – 0,85.
Мінімальний внутрішній діаметр трубопроводу для рідини
визначається за формулою:
= �21,22· ,мм (3.6)
21,22 · 0,46
= �
6 = 1,63,мм
За сортаментом вибираємо рукави із внутрішнім діаметром 5 мм.
Товщина плоского дна гідроциліндра:
= 0,405�/ (3.7)
де Рmax = 15 МПа – максимальний тиск оливи у приводі
= 0,405�15/80 = 17,5 мм
53
Приймаємо товщину плоского дна гідроциліндра 18 мм.
Зробимо розрахунок пристрою переміщення ґрунтової ванни. У якості
механізма переміщення передбачається застосування гідроциліндра, так як
привід від електродвигуна через гвинтовий механізм, через необхідність
зворотного ходу потребувало б застосування реверсивного електродвигуна,
що значно ускладнило і здорожило б конструкцію.
Зробимо розрахунок зусилля переміщення ґрунтової ванни. Сумарне
зусилля складається з опору кочення колеса по ґрунту та опору кочення при
переміщенні ванни по напрямним рейкам. Зробимо розрахунок величини
опору кочення колеса по ґрунту.
Рисунок 3.10 – Сили, що додаються для переміщення ґрунтової ванни
Розрахунок проводиться за формулою:
= · · + · , (3.8)
де fk = 0,25 – коефіцієнт опору кочення;
β - допустиме відхилення від горизонталі рівня ґрунту у ванні, β= 1,5о
R - максимальне навантаження на колесо, R = 7500 Н
54
= 0,25 · 7500 · 0,0262 + 7500 · 0,0262
Р = (3.9)
Зробимо розрахунок основних параметрів гідроциліндра, виходячи з
максимального зусилля на штоку 2071 Н (207,1 кгс).
Площа поршня визначається з виразу:
F = Р / р, (3.10)
де р - тиск нагнітання, кгс/см2,
р = 10 МПа = 100 кгс/см2
F = 207,1/100 = 2,1 см2
Діаметр циліндра визначається за умови.
= �4· (3.11)
4 · 2,1
= �
3,14 = 1,64 см
Враховуючи малий діаметр циліндра при необхідності забезпечення
значного переміщення, а також виходячи з умови конструювання циліндрів
l≤10 · d, де d – діаметр циліндра, остаточно діаметр циліндра приймаємо
конструктивно. При цьому вплив сил опору кочення ванни по роликах не
враховується через створення значного запасу потужності зі збільшенням
діаметра циліндра.
З рисунка 3.10 видно, що для створення обертового моменту на осі
при вертикальному навантаженні на колесо R потрібно прикласти
55
обертовий момент Моб, здатний створити силу, рівну за величиною Wc +
F2.
Сила F2 визначається як сила опору кочення по роликах, причому
сприймається навантаження як від колеса, так і від ваги ванни.
Передбачається, що маса ванни з гумотканевими ємностями, заповненими
рідиною та ґрунтом становитиме приблизно 200 кг. У цьому випадку,
навантаження, що припадає на ролики складе 7500 + 2000 = 9500 Н. Згідно
попередньої компонування, ванна в місці контакту колеса спирається на 6
роликів, отже, кожен ролик сприймає навантаження: 9500 / 6 = 1583,33 Н.
(Гума по металу) = 0,013.
Сила опору на кожному ролику:
F1
2 = 1583,33 · 0,013 = 20,58 Н
Отже, сила F2 = F1
2 ·n,
де n - кількість опорних роликів, n = 6.
F2 = 20,58 · 6 = 123,5 Н
Сумарна сила опору:
+ 2 = 2071 + 123,5 = 2194,5 (3.12)
Приймаючи діаметр випробуваного колеса від d = 0,6 м, отримуємо
значення обертового момента:
Моб = 2194 · 0,6 = 1316,7 Н · м
56
РОЗДІЛ 4. БЕЗПЕКА ТА ЕКОЛОГІЧНІСТЬ ОБ'ЄКТА
КВАЛІФІКАЦІЙНОЇ РОБОТИ МАГІСТРА
4.1 Опис умов праці
Прагнення людини захистити себе від негативних наслідків своєї ж
розумної діяльності призвело до усвідомлення необхідності створення
системи спеціальних заходів, об'єднаних поняттям «безпека
життєдіяльності».
Безпека життєдіяльності - це область знань про стан навколишнього
середовища та про безпечну взаємодію людини з середовищем її
проживання, при якому ймовірність пошкодження організму людини в
процесі її життя та діяльності у певних умовах є мінімальною.
Охорона праці - це система законодавчих актів, соціально-
економічних, організаційних, технічних, гігієнічних та лікувально-
профілактичних заходів та засобів, що забезпечують безпеку, збереження
здоров'я та працездатності людини у процесі праці» [3] .
Процес здійснення розробки стенду було розбито на кілька етапів.
Оскільки метою дипломного проекту є розробка пристрою стенду, в даному
розділі ми розглянемо забезпечення безпечних умов праці для конструктора.
Загальні вимоги безпеки:
Кожен, що знову надходить на підприємство, робітник та інженер
повинен пройти вступний інструктаж за правилами техніки безпеки,
протипожежної безпеки, та пройти санітарний та медичний огляд.
Після проходження вступного інструктажу інженер-конструктор
повинен отримати первинний інструктаж з організації робіт та техніки
безпеки відповідно до цієї інструкції у начальника відділу (цеху).
Для інженерів - конструкторів один раз на три роки проводиться
переатестація за загальними правилами техніки безпеки та видачею
відповідних посвідчень.
57
До випробувань підвищеної небезпеки на дорогах, спорудах
автополігону, спеціальних ділянках та спорудах автотреку ВАЗу
відносяться:
«Категорія А: випробування, пов'язані з рухом на високій швидкості
по криволінійних трасах згідно з методиками випробувань (наприклад,
керованість та стійкість, випробування дисків та маточок коліс тощо);
випробування гальм.
Категорія Б: форсування випробування за умов автомобільних
змагань.
Категорія В: випробування, що проводяться на швидкостях понад
120км/год; визначення динамічних та економічних показників;
випробування на високих швидкостях по пересіченій місцевості;
випробування дослідних шин; випробування досвідчених вузлів та деталей
ходової частини, гальм та рульового управління, вихід яких з ладу може
призвести до аварії; пробігові випробування на гірських дорогах
Категорія Г: випробування на плаву та з подолання водних
перешкод»[6] .
Провідний інженер – конструктор, нарівні з водієм – випробувачем,
несе відповідальність за технічний стан закріплених за ним автомобілів та
їх обладнання засобами безпеки. Провідний інженер – конструктор повинен
постійно контролювати технічний стан автомобіля в цілому та стан
встановлених на ньому дослідних деталей, своєчасно вживати заходів до
усунення несправностей, що виникли, не допускати виходу на лінію
технічно несправного автомобіля.
4.2 Вимоги ергономіки під час роботи з комп'ютером
При проведенні проектування та конструювання основне
навантаження лягає на інженера-конструктора, значний час його роботи
відведено роботі з комп'ютером.
58
«Проектування робочих місць, забезпечених відеотерміналами,
належить до найважливіших проблем ергономічного проектування в галузі
обчислювальної техніки. Ергономічними аспектами проектування
відеотермінальних робочих місць є: висота робочої поверхні, розміри
простору для ніг, вимоги до розташування документів на робочому місці
(наявність та розміри підставки для документів, можливість різного
розміщення документів, відстань від очей користувача до екрана,
документа, клавіатури тощо), характеристики робочого крісла, вимоги до
поверхні робочого столу, регульованість робочого місця та його елементів.
Стомлюваність, що працюють за дисплейним терміналом, є серйозною
проблемою» [3] .
Виділяються 8 умов для того, щоб діяльність на робочому місці,
оснащеному комп’ютерами, здійснювалася без скарг та без втоми.
Вимоги до приміщень:
Приміщення для експлуатації комп’ютерів повинні мати природне та
штучне освітлення. Експлуатація комп’ютерів у приміщеннях без
природного освітлення допускається лише за відповідного обґрунтування та
наявність позитивного санітарно-епідеміологічного висновку, виданого у
встановленому порядку.
Природне та штучне висвітлення має відповідати вимогам чинної
нормативної документації. Вікна у приміщеннях, де експлуатується
обчислювальна техніка, переважно мають бути орієнтовані північ і
північний схід. Віконні отвори повинні бути обладнані регульованими
пристроями типу: жалюзі, завіс, зовнішніх козирків та ін.
Для внутрішнього оздоблення інтер'єру приміщень, де розташовані
комп’ютери, повинні використовуватися дифузно-відбивні матеріали з
коефіцієнтом відбиття для стелі – 0,7 – 0,8; для стін – 0,5 – 0,6; для статі –
0,3 – 0,5.
59
Приміщення, де розміщуються робочі місця з комп’ютерами, повинні
бути обладнані захисним заземленням відповідно до технічних вимог
експлуатації.
Не слід розміщувати робочі місця з комп’ютерами поблизу силових
кабелів вводів, високовольтних трансформаторів, технологічного
обладнання, що створює перешкоди у роботі комп’ютерів.
Вимоги до мікроклімату:
У виробничих приміщеннях, у яких робота з використанням
комп’ютерів є допоміжною, температура, відносна вологість та швидкість
руху повітря на робочих місцях повинні відповідати чинним санітарним
нормам мікроклімату виробничих приміщень.
У виробничих приміщеннях, у яких робота з використанням
комп’ютерів є основною (диспетчерські, операторські, розрахункові, кабіни
та пости управління, зали обчислювальної техніки та ін.) та пов'язана з
нервово-емоційною напругою, повинні забезпечуватися оптимальні
параметри мікроклімату для категорії робіт 1а та 1б відповідно до чинних
санітарно-епідеміологічних норма мікроклімату виробничих приміщень. На
інших робочих місцях слід підтримувати параметри мікроклімату на
допустимому рівні, який відповідає вимогам зазначених вище нормативів.
У приміщеннях всіх типів, де розташовані комп’ютери, повинні
забезпечуватись оптимальні параметри мікроклімату.
У приміщеннях, обладнаних комп’ютерами, проводиться щоденне
вологе прибирання та систематичне провітрювання після кожної години
роботи на комп’ютері.
Рівні позитивних та негативних аероіонів у повітрі приміщень, де
розташовані комп’ютери, повинні відповідати чинним санітарно-
епідеміологічним нормативам.
Вміст шкідливих хімічних речовин у повітрі виробничих приміщень,
у яких робота з використанням комп’ютерів є допоміжною, не повинна
перевищувати гранично допустимих концентрацій речовин у повітрі
60
робочої зони відповідно до чинних гігієнічних нормативів.
Вимоги до рівнів шуму та вібрації:
У виробничих приміщеннях під час виконання основних або
допоміжних робіт з використанням комп’ютерів рівні шуму на робочих
місцях не повинні перевищувати гранично допустимих значень,
встановлених для цих видів робіт відповідно до чинних санітарно-
епідеміологічних нормативів.
При виконанні робіт з використанням комп’ютерів у виробничих
приміщеннях рівень вібрації не повинен перевищувати допустимих значень
вібрації для робочих місць (категорія 3, тип «в») відповідно до чинних
санітарно-епідеміологічних нормативів.
Шумне обладнання (друкарські пристрої, сервери тощо), рівні шуму
якого перевищують нормативні, мають розміщуватися поза приміщеннями
з комп’ютериами.
Вимоги до освітлення:
Робочі столи слід розміщувати таким чином, щоб відео термінали
були орієнтовані бічною стороною до світлових прорізів, щоб природне
світло падало переважно ліворуч.
Штучне освітлення у приміщеннях для експлуатації комп’ютерів має
здійснюватися системою загального рівномірного освітлення. У виробничих
та адміністративно-громадських приміщеннях, у випадках переважної
роботи з документами, слід застосовувати системи комбінованого
освітлення (до загального освітлення додатково встановлюються
світильники місцевого освітлення, призначені для освітлення зони
розташування документів).
Освітленість на поверхні столу в зоні розміщення робочого документа
має бути 300 – 500 лк. Освітлення не повинно створювати відблисків на
поверхні екрана. Освітленість поверхні екрана має бути більше 300 лк.
Слід обмежувати пряму блискітність від джерел освітлення, при
цьому яскравість поверхонь, що світяться (вікна, світильники та ін.), що
61
знаходяться в полі зору, повинна бути не більше 200 кд/м2.
Слід обмежувати відбиту блискітку на робочих поверхнях (екран,
стіл, клавіатура та ін.) за правильний вибір типів світильників і
розташування робочих місць по відношенню до джерел природного і
штучного освітлення, при цьому яскравість відблисків на екрані ПЕОМ не
повинна перевищувати 40 кд/м2 і яскравість стелі має перевищувати 200
кд/м2.
Показник засліпленості для джерел загального штучного освітлення у
виробничих приміщеннях має бути не більше ніж 20.
Яскравість світильників загального освітлення у зоні кутів
випромінювання від 50 до 90 градусів з вертикаллю в поздовжній та
поперечній площинах має становити не більше 200 кд/м2, захисний кут
світильників має бути не менше 40 градусів.
Світильники місцевого освітлення повинні мати відбивач, що не
просвічує, із захисним кутом не менше 40 градусів.
Слід обмежувати нерівномірність розподілу яскравості полі зору
користувача комп’ютером, у своїй співвідношення яскравості між робочими
поверхнями має перевищувати 3:1 – 5:1, а між робочими поверхнями і
поверхнями стін та устаткування 10:1.
Загальні вимоги до організації робочих місць:
При розміщенні робочих місць з комп’ютером відстань між робочими
столами з відеомоніторами (у напрямку тилу поверхні одного відеомонітора
та екрана іншого відеомонітора) повинна бути не менше 2,0 м, а відстань
між бічними поверхнями відеомоніторів не менше 1,2 м.
Робочі місця з комп’ютером у приміщеннях із джерелами шкідливих
виробничих факторів повинні розміщуватись у ізольованих кабінах з
організованим повітрообміном.
Робочі місця з комп’ютером під час виконання творчої роботи, що
вимагає
При розміщенні робочих місць з компютерами відстань між робочими
62
столами з відеомоніторами (у напрямку тилу поверхні одного відеомонітора
та екрана іншого відеомонітора) повинна бути не менше 2,0 м, а відстань
між бічними поверхнями відеомоніторів не менше 1,2 м.
Робочі місця з комп’ютерами у приміщеннях із джерелами шкідливих
виробничих факторів повинні розміщуватись у ізольованих кабінах з
організованим повітрообміном.
Робочі місця з комп’ютерами під час виконання творчої роботи,
потребує значного розумового напруги чи високої концентрації уваги,
рекомендується ізолювати друг від друга перегородками 1,5 – 2,0 м.
Екран відеомонітора повинен знаходитись від очей користувача на
відстані 600-700 мм, але не ближче 500 мм з урахуванням розмірів
алфавітно-цифрових знаків та символів.
Конструкція робочого столу повинна забезпечувати оптимальне
розміщення на робочій поверхні устаткування, що використовується з
урахуванням його кількості та конструктивних особливостей, характеру
виконуваної роботи. При цьому допускається використання робочих столів
різних конструкцій, що відповідають сучасним вимогам ергономіки.
Поверхня робочого столу повинна мати коефіцієнт відбиття 0,5 – 0,7.
Конструкція робочого випорожнення (крісла) повинна забезпечувати
підтримання раціональної робочої пози при роботі на комп’ютерах,
дозволяти змінювати позу з метою зниження статичної напруги м'язів
шийно-плечової області та спини для попередження розвитку втоми. Тип
робочого випорожнення (крісла) слід вибирати з урахуванням зростання
користувача, характеру та тривалості роботи з комп’ютером.
Поверхня сидіння, спинки та інших елементів стільця (крісла)
повинна бути напівм'якою, з нековзним, слабо електризується і
повітропроникним покриттям, що забезпечує легке очищення від
забруднень.
Вимоги до обладнання робочих місць.
Висота робочої поверхні столу для дорослих користувачів має
63
регулюватися в межах 680-800 мм, за відсутності такої можливості висота
столу має становити 725мм.
Модульними розмірами робочої поверхні столу для комп’ютера,
виходячи з яких мають розраховуватися конструктивні розміри, слід
вважати: ширину 800, 1000, 1200 і 1400 мм; глибину 800 і 1000 мм при
нерегульованій його висоті, що дорівнює 725 мм.
Робочий стіл повинен мати простір для ніг заввишки щонайменше
600мм, шириною – щонайменше 500 мм, глибиною лише на рівні колін –
щонайменше 450 мм і лише на рівні витягнутих ніг – щонайменше 650 мм.
Конструкція робочого стільця повинна забезпечувати: ширину та
глибину поверхні сидіння не менше 400 мм; поверхня сидіння із
закругленим переднім краєм; регулювання висоти поверхні сидіння в межах
400 – 550 мм та кутів нахилу вперед до 15 град., та назад до 5 град.; висоту
опорної поверхні спинки 300 ± 20 мм, ширину – не менше 380 мм та радіус
кривизни горизонтальної площини – 400 мм; кут нахилу спинки у
вертикальній площині в межах ±30 градусів; регулювання відстані спинки
від переднього краю сидіння не більше 260 – 400 мм; стаціонарні або знімні
підлокітники довжиною не менше 250 мм та шириною 50 – 70 мм;
регулювання підлокітників по висоті над сидінням у межах 230 ± 30 мм та
внутрішньої відстані між підлокітниками в межах 350 – 500 мм.
Робоче місце користувача комп’ютера слід обладнати підставкою для
ніг, що має ширину не менше ніж 300 мм, глибину не менше ніж 400 мм,
регулювання по висоті в межах до 150 мм і по куту нахилу опорної поверхні
підставки до 20 градусів. Поверхня підставки повинна бути рифлена і мати
по передньому краю бортик заввишки 10 мм.
Клавіатуру слід розташовувати на поверхні столу на відстані 100 – 300
мм від краю, зверненого до користувача або на спеціальній робочій
поверхні, що регулюється по висоті, відокремленою від основної стільниці.
64
РОЗДІЛ 5. ЕКОНОМІЧНИЙ РОЗДІЛ
5.1 Вихідні дані до розрахунку
В економічному розділі розглянемо собівартість виготовлення стенду.
Оскільки стенд передбачає проведення випробувань автомобільних шин,
пов'язаних із підтвердженням їх характеристик у рамках добровільної
сертифікації, передбачається надання подібних послуг, з яких буде
отримувати прибуток. Провівши аналіз ринку, було виявлено, що
середньоринкова вартість таких випробувань становить 250 000 грн за один
цикл.
При проведенні економічних розрахунків ми орієнтуватимемося на
цю вартість. Вартість виготовлення стенду визначатиметься з розрахунку,
наведеного нижче.
5.2 Розрахунок собівартості виготовлення стенду
Оскільки не передбачається продаж стенду, розрахунок ведемо тільки
для собівартості виготовлення, тобто. визначаємо наші витрати під час його
виготовлення. за основу при виконанні розрахунків беремо складальні
креслення та деталування, отримані на етапі конструкторської розробки.
Як і для будь-якого виробу, потрібно розрахувати витрати на сировину
та матеріали, покупні вироби та складальні одиниці, визначити трудові
витрати на виготовлення та складання стенду.
Розрахунки матеріальних витрат конструкції стенду наводяться у
таблиці 5.1.
Таблиця 5.1 Матеріальні витрати конструкції
Найменування Одиниці Норма Ціна, грн Сума, грн
витрат
Трубний кг 120 75,5 9060
прокат в
асортименті
Грунтівка кг 3,5 95 332,5
Фарба кг 3 120 360
Круг катаний, кг 110 80 8800
65
в асортименті
Листовий кг 75 78 5850
метал
Гума листова кг 0,8 220 176
Літол кг 1 95 95
Швелер №10 кг 150 78 11700
Кутник 30x30 кг 50 79,5 3975
Інші 5000
РАЗОМ 45348
Транспортно- 1360
заготівельні
витрати, 3%
Поворотні 110
відходи, 1,5%
ВСЬОГО 46818
Розрахунки витрат на покупні вироби та напівфабрикату, що
використовуються в конструкції стенду, наведено в таблиці 5.2.
Таблиця 5.2 Матеріальні витрати конструкції стенду
Купівельні вироби Кількість Ціна, грн Сума, грн
та напівфабрикати
Болти М10х25 40 8 320
Гвинти М8 60 6 360
Вимикач 4 1250 5000
автоматичний
Гайка М10 40 3 120
Гідророзподілювач 6 850 5100
крановий
Гідроциліндр 2 6500 13000
Гідроциліндр 1 25000 25000
двосторонній
Двигун 1 14200 14200
А90L216E3
Двигун 4F80D4У3 1 12300 12300
Золотник напірний 4 250 1000
Ролик зібраний 20 400 8000
Кран триходовий 2 1450 2900
Мотор-редуктор 1 22400 22400
66
МЦ2С-80
Насос 3 5500 16500
шестеренний НШ
10-3
Електрокабель,м 20 95 1900
Електрообладнання
Рукав високого 16 255 4080
тиску, дл
Болт 6 175 1050
фундаментний
Гідростанція 1 32500 32500
Кнопкова станція 1 850 850
Ступичний вузол 1 3250 3250
РАЗОМ 185830
Транспортно-заготівельні витрати 5574
ВСЬОГО 191404
Розрахунки витрат за заробітну плату під час виготовлення стенду,
наводяться у таблиці 5.3.
Таблиця 5.3 Витрати за заробітну плату під час виготовлення стенду
Операції по Робітничий Трудомісткість, Годинна Тарифна
виготовленню розряд люд/год ставка, зарплата
стенда грн/год
Заготівельна 3 12 250 3000
Гнучка 4 4 285 1140
Зварювальна 5 16 355 5680
Токарна 5 8 355 2840
Фрезерна 5 6 355 2130
Шліфувальна 5 4 355 1420
Свердлильна 4 4 285 1140
Слюсарна 4 8 285 2280
Складальна 5 16 355 5680
Фарбувальна 4 4 285 1140
Випробувальна 6 4 420 1680
РАЗОМ 23990
Преміальні доплати 4798
Основна заробітна плата 28788
67
Розрахуємо витрати на додаткову заробітну плату:
Зд = Зосн · �КД − 1�, (5.1)
де Кд - коефіцієнт відрахувань на додаткову заробітну плату,
Кд = 1,08
Зд = 28788 · (1,08− 1) = 2303 грн
Зарахуємо витрати на відрахування до фонду соціального
страхування:
ВСОЦ = (Зо + ЗД) · КСОЦ (5.2)
де КСОЦ - коефіцієнт відрахувань до фонду соціального страхування,
КСОЦ = 30%
ВСОЦ = (28788 + 2303) · 0,3 = 9327 грн
Визначимо витрати на утримання та експлуатацію обладнання:
Вуео = Зо · (Куео − 1) (5.3)
де Куео – коефіцієнт понесених витрат, пов'язаних із утриманням та
експлуатацією обладнання, Куео − 2,04
Вуео = 28788 · (2,04 − 1) = 29939,52 грн
Зробимо розрахунок загальновиробничих витрат:
Взаг = Зо · (Кзаг − 1) (5.4)
де Кзаг - коефіцієнт загальновиробничих витрат, Кзаг = 2,6
68
Взаг = 28788 · (2,6− 1) = 46060 грн
Зробимо розрахунок загальногосподарських витрат:
Взгосп = Зо · (Кзгосп − 1) (5.4)
де Кзгосп - коефіцієнт загальногосподарських витрат, Кзгосп = 2,5
Взгосп = 28788 · (2,5− 1) = 43182 грн
Таблиця 5.4 Розрахунок собівартості стенду
Статті витрат Позначення Витрати
Сума %
Сировина і М 46818 11,2
матеріали
Купівельні вироби Кв 191404 45,8
та напівфабрикати
Зарплата основна Зо 28788 6,9
Зарплата додаткова Зд 2303 0,6
Відрахування на ВСОЦ 9327 2,2
соцстрах
Витрати на Вуео 29939 7,2
утримання
обладнання
Загальновиробничі Взаг 46060 11,0
витрати
Загальногосподарчі Взгосп 43182 10,3
витрати
Виробнича Свир 397824 95,2
собівартість
Прозавиробничі Впозав 19891 4,8
витрати
Повна собівартість Сп 417715 100
Фонд заробітної плати виконавця, при тарифній ставці 450 грн,
складе:
69
ФЗП=450·16·1,08·1,3=10108 грн
Сумарна потужність електрообладнання стенда складає 5,8 кВт.
Визначимо витрати на цикл випробувань.
Ец=5,8·16·4,32·1,15=461 грн
Вартість витрат на щорічне технічне обслуговування приймаємо
рівним 10000 грн. Врахуємо, що в плані проведень 25 випробувань
протягом року, з яких 3 комерційні, витрати складуть:
Ввипр=(ФЗП+Ец) Пг+Зто (5.6)
Ввипр=(10108+461) 25+10000=247245 грн
Річна виручка від проведення комерційних випробувань на рік
складе:
Вр=3·250000-(3·250000·0,13)=652500 грн
З врахуванням вартості стенда, витрати за перший рік складуть:
Вз варт ст=417715+274245=691961 грн
Термін окупності складає:
Ток=691961/652500=1,06 року
Було визначено термін окупності, що становить 1,06 року, що від
нормативного показника три роки, прийнятий для технологічного
устаткування. Сторк окупності оптимальний для стенда даного виду.
70
ВИСНОВКИ
Під час виконання кваліфікаційної роботи магістра було зроблено
наступні висновки:
− проаналізовано зчіпні властивості автомобільних шин,
досліджено площу плями контакту, розглянуто навантаження шини
нормальним навантаженням та навантаженням бічною силою, розглянуто
бічний зсув і кут відведення, бічну силу, розглянуто характеристики шин,
що впливають на керованість автомобіля;
− здійснено пошук аналогів конструкції, як вироблених
промисловістю, так і існуючих у вигляді патентних зразків;
− визначено вихідні дані для розрахунків;
− розроблено технічне завдання на розробку стенду для
випробування шин позашляхових автомобілів;
− розроблено технічну пропозицію на розробку стенду для
випробування шин позашляхових автомобілів;
− розраховано зусилля переміщення ґрунтової ванни;
− розраховано основні параметри гідроциліндра;
− розроблено стенд для випробування автомобільних
пневматичних шин;
− виконано аналіз безпеки роботи під час виконання
конструкторського проекту стенду.
− розраховано економічні показники ефективності проекту. Було
визначено термін окупності, що становить 1,06 року, що від нормативного
показника три роки, прийнятий для технологічного устаткування.
71
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
1. Говорущенко Н. Я. Практикум з теорії руху автомобіля. Харків
: ХНАДУ, 2011. 297 с.
2. Борисенко А. О. Автотехнічна експертиза / Сучасні технології.
2013. № 5. С. 46–51.
3. Провідні мости тракторів та автомобілів: Навчальний посібник
/ Ю. Ф. Гутаревич та ін. Київ : Арістей, 2008. 296с.
4. Автомобілі: конструкція, теорія та розрахунок. 2013. 135 с.
URL: https://uhmi.org.ua/project/rvndr/climate.pdf.
5. Вахламов В.К. Автомобілі: Основи конструкції: підручник для
студ. вищ. навч. закладів/В.К. Вахламов ,Харків : ХНАДУ, 2017. С. 41–42.
6. Практикум з теорії руху автомобіля: / за ред. О. І. Никифорук.
ДУ «Ін-т екон. та прогнозув. НАН України». Київ, 2018. 200с.
7. Волков, В.С. Конструкція автомобіля: навч. посібник/В.С.
Волків. - Москва ; Тернопіль: Інфра-Інженерія, 2019. - 200 с.
8. Говорущенко Н. Я., Туренко А. Н. Автомобілі: конструкція,
розрахунок та споживчі властивості. вид. 2-е вид., опрац. и доп. Харьков :
РИО ХГАДТУ, 1999. 468 с.
9. Токарев А. А., Шмидт А. Г. Технічний сервіс транспортних
машин та обладнання. Автомобильный транспорт. 1992. № 12. C. 11–14.
10. Безпека життєдіяльності: підручник Токарев А. А.: Київ, 2002.
224с.
11. Сахно В. П., Савостін-Косяк Д. О. Ремонт технологічного
обладнання. Вісник Національного транспортного університету. Сер.
Технічні науки. Київ : НТУ, 2017. Вип. 3. С. 141–15.
12. Основи моделювання керованого руху автомобіля: навч. посіб.
/ В. 170 П. Сахно, А. В. Костенко, М. І. Загороднов та ін. Донецьк :
«Ноулідж», 2014. 444 с.
13. Гутаревич Ю. Ф., Корпач А.О., Говорун А.Г. . Слюсарні роботи:
72
навч. посіб. Київ : НТУ, 2013. 252 с.
14. Гутаревич Ю.Ф. Ремонт технологічного обладнання:
підручник. Київ : Вища школа, 1991. 179 с.
15. Технічна експлуатація автомобілів. Технологічні розрахунки /
Редзюк А. М. та ін. Автошляховик України. Київ, 2010. № 2. С. 88–97.
16. Біліченко В.В., Іщенко А. П. Економічні розрахунки в бізнесі /
Сучасні технології та перспективи розвитку автомобільного транспорту :
матеріали VIII міжнар. наук.-практ. конф. м. Вінниця, 19–21 жовт. 2015 р.
Вінниця : ВНТУ. С. 41–42.
17. Мігаль, В. Д. Методи технічної діагностики автомобілів:
навчальний посібник / В.Д. Мігаль, В.П. Мігаль. -Львів: ВД «ФОРУМ»
С.240.