Зразок роботи
ЗМІСТ
Завдання курсової роботи
РОЗДІЛ 1. ПОБУДОВА ЗОВНІШНЬОЇ ШВИДКІСНОЇ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГУНА
ПОЖЕЖНОГО АВТОМОБІЛЯ
РОЗДІЛ 2. ПОБУДОВА СИЛОВОГО БАЛАНСУ І ДИНАМІЧНОЇ ХАРАКТЕРИСТИКИ
АВТОМОБІЛЯ
РОЗДІЛ 3. ВИЗНАЧЕННЯ СЕРЕДНЬОЇ МАКСИМАЛЬНО МОЖЛИВОЇ ШВИДКОСТІ
РУХУ ПА НА ЗАДАНОМУ МАРШРУТІ
РОЗДІЛ 4. ВИЗНАЧЕННЯ НАПОРУ І ПОДАЧІ ПРИ РОБОТІ НАСОСНО-РУКАВНОЇ
СИСТЕМИ
РОЗДІЛ 5. ВИЗНАЧЕННЯ НАПОРУ І ПОДАЧІ НАСОСНО-РУКАВНОЇ СИСТЕМИ ПРИ
ЗБІЛЬШЕННІ ЧАСТОТИ ОБЕРТАННЯ ВАЛУ НАСОСУ
РОЗДІЛ 6. ОЦІНКА МОЖЛИВОСТІ РОБОТИ ДВИГУНА З НАСОСОМ
Використана література
3
ЗАВДАННЯ НА КУРСОВУ РОБОТУ
Шифр залікової книжки (службового посвідчення,
студентського квитка) 352
1. Модель автомобіля
АЦ-40(131)137А
2. Базове шасі ЗІЛ-131
3. Тип двигуна К
4. Максимальна потужність двигуна, Ne
max
, кВт 110,3
5. Повна маса, Ga, кг 11100
6. Динамічний радіус колеса, r, м 0,53
7. Тип дорожнього покриття ПС
8. Габаритні розміри, ВхН, м 2,5х2,95 Передаточне число:
ik
1 7,44
ik
2 4,1
ik
3 2,29
ik
4 1,47
ik
5 1,0
9. Передаточне число головної передачі, io 7,339
10. Передаточне число розподільчої коробки, ip 2,08
11. Колісна формула 6х6
12. Марка пожежного насосу ПН-40 УВ
13. Частота обертання колінчатого валу при Ne
max
,
nN, об/хв
3100
14. Коефіцієнт зменшення потужності, KN 0,9
15. Уклін дороги і, % 4
16. Частота обертання валу насосу, n1, об/хв 2650
17. Опір насосно-рукавної системи, Sсист, м·с2
/л2 0,08
18. Висота підйому пожежних стволів Z, м 6
4
РОЗДІЛ 1. ПОБУДОВА ЗОВНІШНЬОЇ ШВИДКІСНОЇ ХАРАКТЕРИСТИКИ
ДВИГУНА ПОЖЕЖНОГО АВТОМОБІЛЯ
Потужність і економічність двигуна при роботі в різних умовах
визначається по його характеристикам. Характеристика - це залежність
основних показників двигуна (Nc, Мc, gc) від режиму його роботи (n, об/хв).
Характеристики, що визначають залежність показників двигуна (при
незмінному положенні органів регулювання) від частоти обертання, називають
швидкісними.
Швидкісна характеристика, отримана при повній подачі пального або
горючої суміші, називається зовнішньою.
При відсутності експериментальної кривої зовнішня швидкісна
характеристика двигуна може бути побудована по одній точці, що визначається
величиною максимальної потужності Ne
max при відповідній її частоті обертання
колінчатого валу nN, по формулі:
Nei = Ne
max [a
ni
nN
+ b (
ni
nN
)
2
− c (
ni
nN
)
3
]
Ne1−1 = 110, 3 [1
625
3100
+ 1 (
625
3100)
2
− 1 (
625
3100)
3
]=25,82 кВт
Ne1−2 = 110, 3 [1
1250
3100
+ 1 (
1250
3100)
2
− 1 (
1250
3100)
3
]= 55,18 кВт
Ne1−3 = 110, 3 [1
1875
3100
+ 1 (
1875
3100)
2
− 1 (
1875
3100)
3
]=82,66 кВт
Ne1−4 = 110, 3 [1
2500
3100
+ 1 (
2500
3100)
2
− 1 (
2500
3100)
3
]=102,84 кВт
Ne1−5 = 110, 3 [1
3125
3100
+ 1 (
3125
3100)
2
− 1 (
3125
3100)
3
]=110,29 кВт
nN - частота обертання колінчатого валу, об/хв.
Ne
max
- максимальна потужність двигуна, кВт.
Значення емпіричних коефіцієнтів а, b, с наступне:
− для карбюраторних двигунів (К) - а=b=с=1
− для дизелів (Д) - а =0.53; b=1.56; с=1.09.
n1-1= 3100-600/4=625
n1-2=625+625=1250
n1-3= 625+1250=1875
n1-4=625+1875=2500
n1-5=625+2500=3125
Для вибору поточного значення n діапазон частоти обертання колінчатого
валу двигуна від мінімально стійких обертів nmin до nN необхідно поділити на
5
ділянки (не менше 5) з постійним інтервалом ∆n.
Мінімальна частота обертання колінчатого валу знаходяться з межах
(400...800) обертів за хвилину. Менше значення приймається для дизельних
двигунів, більше для карбюраторних двигунів.
При проведенні випробовувань на двигуні встановлені тільки повітряний
очищувач, генератор і водяний насос. На автомобілі двигун має допоміжне
(вентилятор, радіатор, глушник) і додаткове (компресор, насос гідропідсилювача
керма) обладнання. Тому при розрахунках необхідно враховувати коефіцієнт
корекції Кк.
Для двохвісних автомобілів Кк = 0.88, а для трьохвісних Кк=0.85.
Таким чином, по формулі (1.1) можна побудувати зовнішню
характеристику двигуна, що випробовується на стенді. Для отримання
зовнішньої характеристики двигуна, встановленого на автомобілі, необхідно
врахувати Кк.
NDi = Nei ∙ Kk (1.2)
ND1−1 = 25,82 ∗ 0,85 = 21,95 кВт
ND1−2 = 55,18 ∗ 0,85 = 46,90 кВт
ND1−3 = 82,66 ∗ 0,85 = 70,26 кВт
ND1−4 = 102,84 ∗ 0,85 = 87,414 кВт
ND1−5 = 110,29 ∗ 0,85 = 93,738 кВт
Знаючи NDi при відповідному nі розраховують значення моменту МDi.
(1.3)
=9550*21,95,/625= 335,40 Нм
=9550*46,90/1250= 358,32 Нм
=9550*70,26/1875=357,86 Нм
=9550*87,414/2500=333,91Нм
=9550*93,738/3125=286,50 Нм
(1.3)
Результати розрахунків зводять у таблицю 3.
6
По табличним даним будують зовнішню швидкісну характеристику
двигуна ND = f (n) і МD = f (n).
Таблиця 1 - Результати розрахунків ефективної потужності і ефективного
обертаючого моменту на валу двигуна
Параметри Значення параметрів
nmin n + ∆n n + 2 ∆n n + 3 ∆n nN
n, об/хв. 625 1250 1875 2500 3125
Ne , кВт 22,22 38,65 46,28 44,31 32,74
ND , кВт 21,95 46,9 70,26 87,41 93,75
MD , H м 335,40 358,32 357,86 333,91 286,50
Графік 1. Зовнішня швидкісна характеристика двигуна.
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
0
20
40
60
80
100
120
700 1200 1700 2200 2700
n,об/хв
МD
Nе
ND
7
РОЗДІЛ 2. ПОБУДОВА СИЛОВОГО БАЛАНСУ І ДИНАМІЧНОЇ
ХАРАКТЕРИСТИКИ АВТОМОБІЛЯ
Використовуючи результати розрахунків (див. табл. 3) визначають силу тяги на
ведучі колеса Рk для кожної передачі:
Pki =
MD⋅ik⋅ip⋅io⋅η
rg
, [кH]
Pk1−1 =
335,40⋅7,44⋅7,339⋅2,08∗0,82
0,53
= 55738,168, [кH]
Pk1−2 =
358,32∗7,44⋅7,339⋅2,08∗0,82
0,53
= 59526,196 [кH]
Pk1−3 =
357,86⋅7,44⋅7,339⋅2,08∗0,82
0,53
= 59450,675 [кH]
Pk1−4 =
333,91⋅7,44⋅7,339⋅2,08∗0,82
0,53
= 55490,406[кH]
Pk1−5 =
286,50⋅7,44⋅7,339⋅2,08∗0,82
0,53
= 47607,7[кH]
Pk2−1 =
335,40∗,9⋅4,1⋅7,339⋅2,08∗0,82
0,53
= 70519,98, [кH]
Pk2−2 =
358,32⋅4,1⋅7,339⋅2,08∗0,82
0,53
= 41959,39[кH]
Pk2−3 =
357,86⋅4,1⋅7,339⋅2,08∗0,82
0,53
= 41906,63[кH]
Pk2−4 =
333,91⋅4,1⋅7,339⋅2,08∗0,82
0,53
= 39091,32[кH]
Pk2−5 =
286,50⋅4,1⋅7,339⋅2,08∗0,82
0,53
=33564,7[кH]
Pk3−1 =
335,40⋅2,29⋅7,339⋅2,08∗0,82
0,53
= 17322,124 , [кH]
Pk3−2 =
358,32⋅2,29⋅7,339⋅2,08∗0,82
0,53
= 18493,3[кH]
Pk3−3 =
357,86⋅2,29⋅7,339⋅2,08∗0,82
0,53
= 18469,9 [кH]
Pk3−4 =
333,91⋅2,29⋅7,339⋅2,08∗0,82
0,53
= 17245,71 [кH]
Pk3−5 =
286,50 ∗2,29⋅7,339⋅2,08∗0,82
0,53
= 14796,51 [кH]
Pk4−1 =
335,40⋅1,47⋅7,339⋅2,08∗0,82
0,53
= 11121,15[кH]
Pk4−2 =
358,32⋅1,47⋅7,339⋅2,08∗0,82
0,53
= 11889,93 [кH]
Pk4−3 =
357,86⋅1,47⋅7,339⋅2,08∗0,82
0,53
= 11874,50 [кH]
Pk4−4 =
333,91 ⋅1,47⋅7,339⋅2,08∗0,82
0,53
= 11071,78[кH]
Pk4−5 =
286,50⋅1,47⋅7,339⋅2,08∗0,82
0,53
= 9506,69 [кH]
8
Pk5−1 =
335,40⋅1,0⋅7,339⋅2,08∗0,82
0,53
= 7913,73 [кH]
Pk5−2 =
358,32⋅1,0⋅7,339⋅2,08∗0,82
0,53
= 8453,53[кH]
Pk5−3 =
357,86⋅1,0⋅7,339⋅2,08∗0,82
0,53
= 8443,05 [кH]
Pk5−4 =
333,91⋅1,0⋅7,339⋅2,08∗0,82
0,53
= 7877,9 [кH]
Pk5−5 =
286,50⋅1,0⋅7,339⋅2,08∗0,82
0,53
= 6761,33 [кH]
(2.1)
ik , ip , io - відповідно передаточні відношення коробки передач, розподільної
коробки, головної передачі;
rg - динамічний радіус колеса, м;
η - коефіцієнт корисної дії трансмісії.
Коефіцієнт корисної дії трансмісії є добутком коефіцієнтів корисної дії її
агрегатів. Для розрахунків можна приймати слідуючим:
- для двухосних автомобілів з одинарною головною передачею (4х2) - 0.9;
- для автомобілів підвищеної прохідності (4х4) -0.86;
- для трьохосних автомобілів (6х4) - 0.84;
- для трьохосних автомобілів підвищеної прохідності (6х6) - 0.82.
Пожежні автомобілі, що рухаються, частину потужності двигуна витрачають на
подолання опору повітря. Сила опору повітря визначається по формулі:
Pwi =
Kв⋅F⋅V
2
13
, [H]
Pw1−1 =
0,5⋅7,375⋅0,302
13
= 0,0255 [H]
Pw1−2 =
0,5⋅7,375⋅0,552
13
= 0,0858 [H]
Pw1−3 =
0,5⋅7,375⋅0,972
13
= 0,2669 [H]
Pw1−4 =
0,5⋅7,375⋅1,542
13
= 0,6727,[H]
Pw1−5 =
0,5⋅7,375⋅2,272
13
= 1,4616 [H]
Pw2−1 =
0,5⋅7,375⋅0,582
13
= 0,0954 [H]
Pw2−2 =
0,5⋅7,375⋅1,10 2
13
= 0,3432 [H]
Pw2−3 =
0,5⋅7,375⋅1,982
13
= 1,1120[H]
Pw2−4 =
0,5⋅7,375⋅3,082
13
=2,6909 [H]
Pw2−5 =
0,5⋅7,375 ⋅4,542
13
= 5,8466 , [H]
9
Pw3−1 =
0,5⋅7,375⋅0,912
13
= 0,1249 [H]
Pw3−2 =
0,5⋅7,375⋅1,662
13
= 0,7816[H]
Pw3−3 =
0,5⋅7,375⋅2,972
13
= 2,5021[H]
Pw3−4 =
0,5⋅7,375⋅4,632
13
= 6,0807 [H]
Pw3−5 =
0,5⋅7,375⋅6,812
13
= 13,1548 [H]
Pw4−1 =
0,5⋅7,375⋅1,222
13
=0,4222 [H]
Pw4−2 =
0,5⋅7,375⋅2,222
13
= 1,3980 [H]
Pw4−3 =
0,5⋅7,375⋅3,962
13
= 4,4481 [H]
Pw4−4 =
0,5⋅7,375⋅7,702
13
= 16,8178 [H]
Pw4−5 =
0,5⋅7,375⋅9,1
2
13
= 23,5927 [H]
Pw5−1 =
0,5⋅7,375⋅1,532
13
= 0,6640 [H]
Pw5−2 =
0,5⋅7,375⋅2,762
13
= 2,1608 [H]
Pw5−3 =
0,5⋅7,375⋅4,952
13
= 6,9502[H]
Pw5−4 =
0,5⋅7,375⋅7,7
2
13
= 16,9053 [H]
Pw5−5 =
0,5⋅7,375⋅11,3
2
13
= 36,2198 [H]
(2.2)
Кв - коефіцієнт обтікання, [ ] ;
V - швидкість автомобіля, м/с.;
F - лобова площа, м2
.
Для приблизних розрахунків лобова площа розраховується по формулі:
F = B ⋅ H = 2,5 ∗ 2,95 = 7,375 м
2
(2.3)
В - ширина автомобіля, м;
Н - габаритна висота, м.
Коефіцієнт обтікання визначається для кожної моделі ПА експериментально. Він
визначається як сила опору повітря, створювана 1 м2 лобової площі автомобіля
при його рухові з швидкістю 1 м/с.
Для пожежних автомобілів на шасі вантажних автомобілів
Кв = (0.5...0.6), [ ]
10
При розрахунках сили опору повітря Рw від швидкості руху автомобіля
необхідно попередньо перейти від частоти обертання колінчатого валу до
швидкості руху автомобіля V, км/год.
Vi = 0.377 ni
⋅rg
ik⋅ip⋅io
, [км/год]
V1−1 = 0.377 625∗0,53
7,44⋅7,339∗2,08
= 1,1 [км/год] = 0,30 [м/с]
V1−2 = 0.377 625∗0,53
4,1⋅7,339∗2,08
= 1,99 [км/год] = 0,55 [м/с]
V1−3 = 0.377 625∗0,53
2,29∗7,339∗2,08
= 3,57 [км/год] = 0,97 [м/с] (2.4)
V1−4 = 0.377 625∗0,53
1,47⋅7,339∗2,08
= 5,55 [км/год] = 1,54 [м/с]
V1−5 = 0.377 625∗0,53
1,0⋅7,339∗2,08
= 8,18 [км/год] = 2,27 [м/с]
V2−1 = 0.377 1250∗0,53
7,44⋅7,339∗2,08
= 2,1 [км/год] = 0,58 [м/с]
V2−2 = 0.377 1250∗0,53
4,1⋅7,339∗2,08
= 3,98 [км/год] = 1,10 [м/с]
V2−3 = 0.377 1250∗0,53
2,29⋅7,339∗2,08
= 7,14 [км/год] = 1,98 [м/с]
V2−4 = 0.377 1250∗0,53
1,47⋅7,339∗2,08
= 11,12 [км/год] = 3,08 [м/с]
V2−5 = 0.377 1250∗0,53
1,0⋅7,339∗2,08
= 16,35 [км/год] = 4,54 [м/с]
V3−1 = 0.377 1875∗0,53
7,44⋅7,339∗2,08
= 3,3 [км/год] = 0,91 [м/с]
V3−2 = 0.377 1875∗0,53
4,1⋅7,339∗2,08
= 5,97 [км/год] = 1,66 [м/с]
V3−3 = 0.377 1875∗0,53
2,29⋅7,339∗2,08
= 10,7 [км/год] = 2,97 [м/с]
V3−4 = 0.377 1875∗0,53
1,47⋅7,339∗2,08
= 16,68 [км/год] = 4,63 [м/с]
V3−5 = 0.377 1875∗0,53
1,0⋅7,339∗2,08
= 24,54 [км/год] = 6,81 [м/с]
V4−1 = 0.377 2500∗0,53
7,44⋅7,339∗2,08
= 4,394 [км/год] = 1,22 [м/с]
V4−2 = 0.377 2500∗0,53
4,1⋅7,339∗2,08
= 7,99[км/год] = 2,22 [м/с]
V4−3 = 0.377 2500∗0,53
2,29⋅7,339∗2,08
= 14,28[км/год] = 3,96 [м/с]
V4−4 = 0.377 2500∗0,53
1,18⋅7,339∗2,08
= 27,73 [км/год] = 7,70 [м/с]
V4−5 = 0.377 2500∗0,53
1,0⋅7,339∗2,08
= 32,72 [км/год] = 9,1 [м/с]
V5−1 = 0.377 3125∗0,53
7,44⋅7,339∗2,08
= 5,5 [км/год] = 1,53 [м/с]
V5−2 = 0.377 3125∗0,53
4,1⋅7,339∗2,08
= 9,97 [км/год] = 2,76 [м/с]
V5−3 = 0.377 3125∗0,53
2,29⋅7,339∗2,08
= 17,85 [км/год] = 4,95 [м/с]
11
V5−4 = 0.377 3125∗0,53
1,47⋅7,339∗2,08
= 27,75 [км/год] = 7,7 [м/с]
V5−5 = 0.377 3125∗0,53
1,0⋅7,339∗2,08
= 40,89 [км/год] = 11,3
[м/с]
Динамічний фактор D визначається по формулі:
Di =
Pki − Pw
Ga ⋅ g
D1−1 =
55738,168 − 0,0255
11100 ⋅ 9,81 = 0,5119
D1−2 =
59526,196 − 0,0858
11100 ⋅ 9,81 = 0,5467
D1−3 =
59450,675 − 0,2669
11100 ⋅ 9,81 = 0,5460
D1−4 =
55490,406−0,6727
11100⋅9,81
= 0,5096
D1−5 =
47607,7 − 5,8466
11100 ⋅ 9,81 = 0,4372
D2−1 =
70519,98 − 0,0954
11100 ⋅ 9,81 = 0,6476
D2−2 =
41959,39 − 0,3432
11100 ⋅ 9,81 = 0,3853
D2−3 =
41906,63 − 1,1120
11100 ⋅ 9,81 = 0,3848
D2−4 =
39091,32 − 2,6909
11100 ⋅ 9,81 = 0,3590
D2−5 =
33564,7 − 5,8466
11100 ⋅ 9,81 = 0,3082
D3−1 =
17322,124 − 0,1249
11100 ⋅ 9,81 = 0,1591
D3−2 =
18493,3 − 0,7816
11100 ⋅ 9,81 = 0,1698
D3−3 =
18469,9 − 2,5021
11100 ⋅ 9,81 = 0,1696
D3−4 =
17245,71 − 6,0807
11100 ⋅ 9,81 = 0,1583
D3−5 =
14796,51 − 13,1548
11100 ⋅ 9,81 = 0,1358
D4−1 =
11121,15 − 0,4222
11100 ⋅ 9,81 = 0,1021
12
D4−2 =
11889,93 − 1,3980
11100 ⋅ 9,81 = 0,1092
D4−3 =
11874,50 − 4,4481
11100 ⋅ 9,81 = 0,1090
D4−4 =
11071,78 − 16,8178
11100 ⋅ 9,81 = 0,1015
D4−5 =
9506,69 − 23,5927
11100 ⋅ 9,81 = 0,0871
D5−1 =
7913,73 − 0,6640
11100 ⋅ 9,81 = 0,0727
D5−2 =
8453,53 − 2,1608
11100 ⋅ 9,81 = 0,0776
D5−3 =
8443,05 − 6,9502
11100 ⋅ 9,81 = 0,0775
D5−4 =
7877,9 − 16,9053
11100 ⋅ 9,81 = 0,0722
D5−5 =
6760,33 − 36,2198
11100 ⋅ 9,81 = 0,0618
(2.5)
Gа - маса пожежного автомобіля, кг;
g - прискорення вільного падіння, 9.81 м/с2
.
Pk – тягове зусилля на колеса при кожній передачі, кН;
Pw - сила опору повітря
Результати розрахунків для кожної з передач заносяться в таблицю 4.
Результати розрахунків швидкостей, сил і динамічного фактору
Параметри
Значення параметрів
nmin nmin + ∆n nmin+2 ∆n nmin+3
∆n
nN
n, об/хв. 625 1250 1875 2500 3125
МD, Н м 335,40 358,32 357,86 33,91 286,50
ik1
V, км/год 1,1 1,99 3,57 5,55 8,18
Pk, H 55738,168 59526,19
6
56450,67
5
55490,41 47607,7
Pw, H 0,0255 0,0858 0,2669 0,6727 1,4616
D 0,5119 0,5467 0,5460 0,5096 0,4372
ik2
V, км/год 2,1 3,98 7,14 11,12 16,35
Pk, H 70519,98 41959,39 41906,63 39091,32 33564,7
Pw, H 0,0954 0,3432 1,1120 2,6909 5,8466
13
D 0,6476 0,3853 0,3848 0,3590 0,3082
ik3
V, км/год 3,3 5,97 10,7 16,68 24,54
Pk, H 17322,124 18493,3 18469,9 17245,71 14796,51
Pw, H 0,1249 0,7816 2,5021 6,0807 13,1548
D 0,1591 0,1698 0,1698 0,1583 0,1358
ik4
V, км/год 4,394 7,99 14,28 27,73 32,72
Pk, H 11121,15 11889,93 11874,93 11071,78 9506,69
Pw, H 0,4222 1,3980 4,4481 16,8178 23,5927
D 0,1021 0,1092 0,1090 0,1015 0,0871
ik5
V, км/год 5,5 9,97 17,85 27,75 40,89
Pk, H 7913,73 8453,53 8443,05 7877,9 6761,33
Pw, H 0,6640 2,1608 6,9502 16,9053 36,2198
D 0,0727 0,0776 0,0775 0,0722 0,0618
Сила сумарних дорожніх опорів визначається по формулі:
Pψ = Ga ∙ g ∙, [H]
Pψ= 11100*9.81*0,09702=10564,6
(2.6)
ψ - сумарний коефіцієнт дорожніх опорів при максимальній швидкості
руху:
для горизонтальної дороги кут нахилу α = 0.
Тоді
sin(α) = sin(0) = 0 і cos(α) = cos(0) = 1.
Візьмемо типовий коефіцієнт опору коченню для асфальту: f = 0.015.
f - коефіцієнт опору качанню;
α - кут повздовжнього нахилу дороги;
α = arctg(0,069813)=3,9935
Кут необхідно визначити, здійснивши переведення уклону дороги з
відсотків у радіани.
ψ =0,1·cos(0,069813)+sin(0,069813)= 0,09702
Коефіцієнт опору качанню f залежить, в основному, від типу і стану
дорожнього покриття, конструкції шин і тиску повітря в них. Для розрахунків
коефіцієнт f можна вважати величиною постійною, який залежить від типу і
стану дорожнього покриття (табл. 5).
Таблиця 5
14
No
п/
п
Тип і стан покриття Значення f
1 Сухий асфальтобетон або бетон в хорошому стані (АБС) 0.015÷0.018
2 Мокрий асфальтобетон або бетон в хорошому стані
(АБМ)
0.018÷0.02
3 Суха дорога з гравійним покриттям (ГС) 0.02÷0.025
4 Суха ґрунтова дорога (ГРС) 0.025÷0.035
5 Волога ґрунтова дорога (ГРВ) 0.05÷0.15
6 Сухий пісок (ПС) 0.1÷0.3
7 Сніжна вкатана дорога (СВ) 0.03÷0.05
За даними таблиці 4 будують графік (Рис. 2) силового балансу пожежного
автомобіля.
Графік .Силовий баланс пожежного автомобіля
На графіку силового балансу автомобіля для всіх передач будують
залежність Pk, Pψ , Pw + Pψ від швидкості руху V.
На графіку динамічної характеристики будують залежність D і ψ від
швидкості руху V (Рис. 3).
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
40000
0 20 40 60 80
Pk,[H]
V,[ км/год]
Pk1
Pk2
Pk3
Pk4 Pw=PѰ
Pk5
15
За даними динамічної характеристики автомобіля визначають
максимальну можливу швидкість руху Vmax. Для визначення Vmax на ділянці
дороги необхідно по осі ординат динамічної характеристики D відкласти
коефіцієнт (масштаб D і ψ повинен бути однаковим) і провести пряму,
паралельну осі абсцис.
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80
V, [ км/год]
D1
D2
D3
D4 Ѱ
D5
16
РОЗДІЛ 3. ВИЗНАЧЕННЯ СЕРЕДНЬОЇ МАКСИМАЛЬНО МОЖЛИВОЇ
ШВИДКОСТІ РУХУ ПА НА ЗАДАНОМУ МАРШРУТІ
Середню максимально можливу швидкість руху автомобіля заданому
маршруті визначають графічним методом розрахунку часу руху ПА на кожній
ділянці. Для цього будують графік, складається з 4 квадрантів (Рис. 4).
В першому квадранті будують динамічну характеристику автомобіля, в
другому - діаграму, що складається з прямокутників основою яких є довжина
окремих ділянок маршруту S1, S2, S3 i висота - коефіцієнт сумарного дорожнього
опору руху відповідних ділянок ψ1, ψ2, ψ3 Масштаби D i ψ повинні бути
однаковими.
= f ± i (3.1)
Характеристика маршруту руху:
S1 = 8 км;
S2 = 3 км;
S3 = 4 км;
Уклін дороги ділянок маршруту.
і1 =4%
і2 = 3%,
i3 = 1%.
Знак "+" використовують для підйому, а "-" для спуску.
Ѱ1 =0,1 + 0,09702= 0,19702
Ѱ2 = 0,1 – 0,09702= 0,00298
Ѱ3 = 0,1 + 0,069813= 0,169813
Четвертий квадрант допоміжний, в ньому проводять промінь кутом 45
градусів.
Далі простими побудовами в третьому квадранті знаходяться можливі
максимальні швидкості руху Vmax1 , Vmax2 , Vmax3 на відповідних дільницях S1 , S2,
S3. Потім по Si i Vi розраховують час руху на кожній дільниці:
V1max = 8,18 км/год
V2max =16,35 км/год
V3max =24,54 км/год
Далі простими побудовами в третьому квадранті знаходяться можливі
максимальні швидкості руху Vmax1 , Vmax2 , Vmax3 на відповідних дільницях S1 , S2,
S3. Потім по Si i Vi розраховують час руху на кожній дільниці:
τi =
Si
Vi
, (год) (3.2)
17
τ1 =
8
8,18 = 0,97 год
τ2 =
3
16,35 = 0,183 год
τ3 =
4
24,54 = 0,162 год
Середня максимальна швидкість руху ПА на заданому маршруті визначають
по формулі:
Vср.max =
Si
τi
, км/год.
(3.3)
Vср.max =
8+3+4
τ1+τ1τ1τ1τ1
=
8+3+4
0,97+0,183+0,162
= 12,38 км/год ,
18
РОЗДІЛ 4. ВИЗНАЧЕННЯ НАПОРУ І ПОДАЧІ ПРИ РОБОТІ НАСОСНО-
РУКАВНОЇ СИСТЕМИ
Для визначення подачі і напору необхідно побудувати характеристику насосу Н
= f (Q) і характеристику рукавної систем hг = f (Q). Значення Н і hр необхідно
розрахувати для п'яти точок інтервалі зміни подачі (Q) від 0 до 50 л/сек.
При проведенні розрахунків насосно-рукавних систем доцільно
використовувати аналітичні вирази характеристик. Якщо залежність Q - Н
вважати параболою, то головну робочу характеристик відцентрового насосу
(ПН-40УВ, НВП-40/100) можна виразити рівнянням:
Hi = 110,6 − 0,0098 ∙ Qi
2
, м (4.1)
H1 = 110,6 − 0,0098 ∙ 101
2 = 109,62 м ,
H2 = 110,6 − 0,0098 ∙ 202
2 = 106,68 м ,
H3 = 110,6 − 0,0098 ∙ 303
2 = 101,78 м ,
H4 = 110,6 − 0,0098 ∙ 404
2 = 94,92 м ,
H5 = 110,6 − 0,0098 ∙ 50 5
2 = 86,1м ,
Втрати напору в рукавній системі визначаються як:
hp=SсистQ2+Z, м (4.2)
hp=0,08*102+6=14 м
hp=0,08*202+6=38 м
hp=0,08*302+6=78 м
hp=0,08*402+6=134 м
hp=0,08*502+6=206 м
Z - висота підйому пожежних стволів, м; (таблиця 2)
Sсист. - опір насосно-рукавної системи, с2 м/л2
.
Отримані результати розрахунків зображають графічно першому квадранті
(рис. 5). Таким чином, для визначення дійсної подачі Q і напору Н необхідно
сумістити на одному графіку характеристики мережі і насосу (побудувати
робочу точку насос при номінальній частоті обертання валу насосу).
19
РОЗДІЛ 5. ВИЗНАЧЕННЯ НАПОРУ І ПОДАЧІ НАСОСНО-РУКАВНОЇ
СИСТЕМИ ПРИ ЗБІЛЬШЕННІ ЧАСТОТИ ОБЕРТАННЯ ВАЛУ НАСОСУ
Для визначення параметрів Q і Н в насосно-рукавній системі при роботі насосу
з частотою обертання на 10 % більше номінальної, необхідно побудувати
характеристику
H2 = f(Q2) (5.1.)
В цьому випадку використовується залежність з теорії подібності відцентрових
насосів.
Зміна частоти обертання валу відцентрового насосу приводить до зміни його
параметрів.
Hi
H2i
= (
n1
n2
)
2
(5.2.)
Hi
H2i
= (
n1
n2
)
2
та
Qi
Q2i
=
n1
n2
(5.3.)
n2=10%+n1=10%+2650=2900
Використовуючи раніше прийняті значення Q і Н отримані значення
визначають Q2i і Н2i.
Q2i= Qi*n2/n1
Q2-1=10*2900/2650=10,94 л/с
Q2-2=20*2900/2650=21,89л/с
Q2-3=30*2900/2650=32,83 л/с
Q2-4=40*2900/2650=43,77 л/с
Q2-5=50*2900/2650=54,72 л/с
H2i=Hi*(n2)
2
/(ni)
2
H2-1=109.62*(2900)
2
/(2650)2=131,28 м
H2-2= 106,68*(2900)2
/(2650)2=127,77 м
H2-3=101,78*(2900)2
/(2650)
2=121,88 м
H2-4=94,92*(2900)2
/(2650)
2=113,67м
H2-5= 86,1*(2900)2
/(2650)
2=103,11 м
Розраховані величини нанести на графік і з'єднати їх плавною кривою.
Отримаємо характеристику насосу при обертанні валу n2.
Перетин графічних залежностей H2=f(Q2) і hp=f(Q) покаже значення робочої
точки насосно-рукавної системи для повної частоти обертання (рис 5. перший
квадрант).
20
РОЗДІЛ 6. ОЦІНКА МОЖЛИВОСТІ РОБОТИ ДВИГУНА З НАСОСОМ
Для оцінки можливості роботи двигуна ПА з насосом, що працює з
вибраною рукавною системою і частотою обертання n1 та n2 необхідно
розглянути сумісну її роботу.
Для цього необхідно визначити потужність при частоті обертання Nпі:
Nni =
ρ∙g∙Q1i
∙H1i
ηH
, кВт (6.1.)
Nn1=103*9.81*0.011*132,6/0.63=22,550 кВт
Nn2=103*9,81*0,022*129/0,63=44,139 кВт
Nn3=103*9,81*0,033*123,1/0,63=63,462 кВт
Nn4=103*9,81*0,044*114,8/0,63=78,692 кВт
Nn5=103*9,81*0,055*104,1/0,63=89,286 кВт
ρ - густина води (ρ >Н20 = 103 кг/м3
);
g - прискорення вільного падіння, м/с2
;
ηн - коефіцієнт корисної дії насосу.
Коефіцієнт корисної дії ηн враховує гідравлічні, об'ємні і механічні втрати.
Для розрахунків ηн = 0.63 (ПН-40УВ)
- ηн = 0.65 (НВП-40/100)
- ηн = 0.68 (НВП-40/100-4/400)
Потужність, що відбирається від двигуна на привід пожежного насосу,
повинна враховувати втрати з урахуванням трансмісії. Ця потужність на
первинному валу коробки передач Nпн1 визначається. по формулі:
NПНі =
Nni
ηтр
, кВт (6.2.)
NПН1=22,550/0,83=27,2кВт
NПН2=44,139/0,83=53,2 кВт
NПН3=63,462/0,83=76,5 кВт
NПН4=78,692/0,83=94,8 кВт
NПН5=89,286/0,83=107 кВт
ηТР. - коефіцієнт корисної дії трансмісії.
Коефіцієнт корисної дії трансмісії ηТР. враховує механічні втрати в
зчепленні зубчатих коліс коробки відбору потужностей, на тертя в підшипниках,
карданному валу, проміжних опорах.
Для розрахунків ηТР. = 0.83.
Залежність Nпн1 = f(Q1) будується в четвертому квадранті (рис. 5). Для
побудови NПН2 =f(Q2) при частоті обертання на 10 % більше номінальної
21
використовується формула теореми подібності:
NПН1
NПН2
= (
n1
n2
)
3
NПН2= NПН1*(n2)
3/(n1)
3 кВт
NПН1=27,2*(2900)3/(2650)3=35,65 кВт
NПН2=53,2*(2900)3/(2650)3=69,72 кВт
NПН3=76,5*(2900)3/(2650)3=100,3 кВт
NПН4=94,8*(2900)3/(2650)3=124,25кВт
NПН5=107*(2900)3/(2650)3=140,23 кВт
Ця крива також будується в четвертому квадранті (рис. 5). Щоб визначити,
достатньо чи недостатньо потужності двигуна з урахуванням його зносу з
параметрами Q1, Н1 і Q2, H2 необхідно побудувати в третьому квадранті
зовнішню швидкісну характеристику двигуна з урахуванням втрат на привід
агрегатів та зносу двигуна, яка визначається по формулі:
Nдв2і=Kk·KN·Ne
і
, кВт (6.3.)
NДВ1=0,85*0,9*25,82=19,7 кВт
NДВ2=0,85*0,9*55,18=42,23 кВт
NДВ3=0,85*0,9*82,66=63,24 кВт
NДВ4=0,85*0,9*102,84=78,67 кВт
NДВ5=0,85*0,9*110,29=84,38кВт
Кk - коефіцієнт зменшення стендової характеристики.
- Для двовісних автомобілів Кk = 0.88
- Для багатовісних автомобілів Кk = 0.85
Щоб оцінити можливість роботи двигуна, що має потужність Nдв2 і частоту
обертання валу насосу n1 і n2 для конкретної насосно-рукавної системи
необхідно:
1. З точки Q2 провести пряму лінію до перетину з графіком Nпн2 = f (Q2).
Отримаємо значення потужності, що відбирається від двигуна на привід насосу
з частотою обертання на 10 % більше номінальної (n2).
2. Частота обертання валу двигуна nдв2 для приводу насосу з частотою n2
визначається по формулі:
nдв2 = n2 ∙ iКВП, об/хв (6.4.)
22
Nдв2=2650*0,83=2199,5 об/хв
При сумісній роботі двигуна з відцентровим насосом враховується, що в
звичайних умовах експлуатації двигун повинен працювати переважно в режимі
середніх обертів, двигун не розрахований на роботу в режимах, близьких до
максимальних, тобто передбачається запас потужності і частоти обертання.
Для збільшення строку служби двигуна рекомендується приймати
значення частоти обертання (0.7...0.8) nmax, в цьому випадку запас потужності в
робочому режимі повинен бути на менше 8 % від значення номінальної
потужності, що вживає насос.
Передаточне відношення коробки відбору потужності визначається по
формулі:
iКВП =
nдв
nі
=
0.75×nmax
n1
(6.5.)
ІКВП= 0,75*3100/2650=0,88
На осі абсцис в третьому квадранті (рис.5) в масштабі відкласти значення
отриманої частоти обертання валу двигуна nдв2 і з цієї точки провести пряму
лінію, паралельну вісі ординат до перетинання з прямою, проведеною з точки
Nпн2. Точка перетину цих ліній (К) вказує на роботу двигуна з вибраною насосно-
рукавною системою.
Якщо точка (К1) (рис. 5 третій квадрант) знаходиться вище графіка
потужності Nдв2 = f (nдв2), то такий двигун в стані забезпечити роботу заданої
насосно-рукавної системи. Якщо точка (К2) знаходиться під графіком
потужності, то робота заданої насосно-рукавної системи неможлива. В такому
випадку необхідно надати свої пропозиції щодо узгодження можливостей роботи
двигуна автомобіля та обраної насосно-рукавної системи.
23
Використана література
1. ДСТУ 2273-2006 Протипожежна техніка. Терміни та визначення основних
понять.
2. ДСТУ 3063-95 Насоси. Класифікація. Терміни та визначення.
3. ДСТУ 3687-98 Насоси пожежні відцентрові. Загальні технічні умови.
4. ДСТУ EN 1028-1:2019 Протипожежні насоси. Насоси з попередньою
заливкою.
5. ДСТУ EN 1846-1:2017 Протипожежна техніка. Пожежно-рятувальні
автомобілі. Частина 1. Номенклатура і позначення (EN 1846-1:2011, IDT).
6. Ларін О. М. Пожежні машини: навч. посіб. / О.М. Ларін, В.Г. Баркалов, С.А.
Виноградов, А.Я. Калиновський, О.М. Семків. – X.: НУЦЗУ, КП «Міська
друкарня», 2016. – 279 с.
