Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Колесные и гусеничные машины

Диссертационная работа:

Ившин Константин Сергеевич. Выбор параметров и дизайнерское проектирование легковых автомобилей особо малого класса (квадрициклов) с комбинированной энергосиловой установкой : диссертация ... кандидата технических наук : 05.05.03, 17.00.06.- Ижевск, 2006.- 211 с.: ил. РГБ ОД, 61 07-5/520

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Стр.

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ 5

ВВЕДЕНИЕ 6

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА ПРОЕКТИРОВАНИЯ КВАДРИЦИКЛОВ

  1. Исторический аспект создания малогабаритных 14 микролитражных механических транспортных средств

  2. Анализ законодательных сведений о квадрициклах 21

  3. Пассивная безопасность квадрициклов автомобильного тяпа. 27

  4. Анализ производства квадрициклов автомобильного типа.... 32

  5. Постановка цели и задач исследования 38

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МЕТОДИЧЕСКИХ РЕКОМЕНДАЦИЙ ДЛЯ ДИЗАЙНЕРСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ КВАДРИЦИКЛОВ

  1. Типаж квадрициклов 40

  2. Выбор типа конструкции кузова автомобильного типа при художественно-конструкторской разработке новых моделей квадрициклов 44

  3. Анализ зависимости формообразования кузова квадрицикла

от его типа конструкции 53

  1. Компоновочные и эргономические правила проектирования квадрициклов 61

  2. Алгоритм прочностного анализа каркасной конструкции

кузова квадрицикла на стадии эскизного проекта 76

2.6. Анализ зависимости формального решения кузова

квадрицикла от законодательного предела максимальной
конструктивной скорости 87

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА КОМБИНИРОВАННОЙ ЭНЕРГОСИЛОВОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ КВАДРИЦИКЛА

  1. Развитие автомобилей с комбинированной энергосиловой установки

  2. Обоснование базовых параметров квадрицикла L7 с комбинированной энергосиловой установкой

  3. Анализ конструктивных схем комбинированной энергосиловой установки для квадрицикла

  4. Обоснование параметров ступенчатой трансмиссии квадрицикла L7, оборудованного комбинированной энергосиловой установкой

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ВЫБОРА КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ И ХАРАКТЕРИСТИК КВАДРИЦИКЛА С КОМБИНИРОВАННОЙ ЭНЕРГОСИЛОВОЙ УСТАНОВКОЙ

  1. Формальная постановка за/дачи оптиминального проектирования квадрицикла с комбинированной энергосиловой установкой

  2. Моделирование показателей качества квадрицикла с комбинированной энергосиловои установкой

  3. Методика построения обобщенного критерия качества и учета конструктивных, критериальных и эксплуатационных ограничений при выборе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ 161

ЛИТЕРАТУРА 164

ПРИЛОЖЕНИЕ А. Иллюстративный материал к главе 1.1 194

ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Разработанный модельный ряд квадрициклов 203

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

ТС - транспортное средство;

ЛА- легковой автомобиль;

ТД - тепловой двигатель;

ЭД - электрический двигатель;

БД - бензиновый двигатель;

ДД - дизельный двигатель;

КШ - короткое шасси;

УШ - удлиненное шасси;

ГР - габаритные размеры;

ГЭСУ - гибридная энергетическая силовая установка;

КЭСУ - комбинированная энергетическая силовая установка;

ЛВС - двигатель внутреннего сгорания;

КПД - коэффициент полезного действия;

ДТП - дорожно-транспортное происшествие;

КАТ - квадрицикл автомобильного типа;

КМТ - квадрицикл мотоциклетного типа;

AFQUAD - Association europeenne des fabricants et importateurs de quadricycles

(Европейская ассоциация производителей и импортеров квадрициклов);

ONISR - Observatoire National Tnterministeriel de Securite Routiere

(Межведомственная Национальная Обсерватория Службы безопасности

движения Франций).

Введение к работе:

Актуальность работы. Высокая насыщенность транспортных средств (ТС), оснащенных тепловым двигателем (ТД), и их эксплуатация привела к выбрасыванию в атмосферу большого количества отработавших газов, окиси углерода и других вредных составляющих. Особо ощутимо это проявляется в крупных городах, где загрязнение воздушного бассейна, серьезно влияющее на здоровье горожан, становится острой экологической проблемой. Например, по данным Москомприроды отмечено, что в воздушный бассейн г. Москвы передвижными источниками, в основном автомобильным транспортом, выброшено почти в 12 раз больше загрязняющих веществ, чем стационарными источниками. К сожалению, подобное положение наблюдается и в других крупных городах, например, в Нижнем Новгороде Я6 % загрязнения воздуха дает автотранспорт [300].

Эта проблема давно беспокоит общественность, ученых, конструкторов и других категорий людей, которые ищут пути и методы ее решения. Безусловно, работа должна вестись в сочетании различных направлений: увеличение количества общественного электротранспорта; упорядочение нормативных требований по экологии, удовлетворяющих нормам Комитета по транспорту ЕЭК ООН (ЕВРО-2, ЕВРО-3, ЕВРО-4), и, что важно, разработка обоснованных нормативно-экономических документов и методов изучения, контроля и регулирования состояния экологической обстановки; планомерный регулируемый переход на автотранспорт с улучшенными экологическими характеристиками и др. Однако, решение этой проблемы в целом во многом зависит от совершенства и технического состояния самого источника загрязнения, т.к. любые запретительно-регулирующие, экономические и другие меры, регулирование загруженности транспортных потоков и т.п. не приведут к значительному улучшению экологической обстановки воздушного бассейна городов и уменьшению количества эксплуатируемых ТС. На период до 2050 года прогнозируется активное увели-

7 чение количества ТС, поэтому основной целью в долгосрочной перспективе является внедрение ТС с нулевым (минимальными) выбросами. Это позволит не допустить уравнения применяемых мер по улучшению энергетической и экологической эффективности ТС количеством выбросов, связанных с увеличением ТС [37]. Например, в соответствии с концепцией развития автомобильной промышленности РФ (распоряжение Правительства РФ от 16 июля 2002 года № 978-р [249]) парк легковых автомобилей (ЛА) возрастет к 2010 году с 21,2 до 30-33 млн. штук, в том числе иностранного производства (большая часть из которых не новые) с 4,6 до 7-8 млн. штук. При этом число ЛА на 1 тыс. жителей увеличится со 140 до 245 штук.

Имеются несколько известных путей уменьшения загрязнения воздуха отработавшими газами тепловых двигателей внутреннего сгорания (ЛВС): создание систем дожигания и нейтрализации несгоревших продуктов и вредных примесей; совершенствование конструкций самих ТС с целью уменьшения затрат энергии на их работу; производство и реализация топлива с улучшенными экологическими показателями; применение альтернативных видов топлива, например, сжатого и сжиженного природного газа; разработка новых типов двигателей и др.

Известно также, что одним из направлений решения проблем экологии крупных городов является замена ТД, используемых в настоящее время в конструкциях большинства ТС, электрическими двигателями (ЭД), не загрязняющими окружающую среду и производящими гораздо меньше шума. Многие автомобильные фирмы работают над созданием конструкции электромобиля, способного конкурировать по своим эксплуатационным свойствам с обычными автомобилями. Такие работы не теряют своей актуальности и в настоящее время, но на современном уровне развития электрохимической промышленности в мире широкое развитие электромобиля проблематично из-за отсутствия эффективных накопителей электроэнергии приемлемых габаритов, размеров, массы и стоимости, невозможно также обеспечить путевой пробег электромобиля, срав-

8 нимый с пробегом ЛА на одной заправке топливом. При этом возникает экологическая проблема утилизации отработавших накопителей электрической энергии,

Указанные выше проблемы создания чистого электромобиля и преимущества комбинированной энергосиловой установки (КЭСУ) с тепловым двигателем (ТД) по энергетической и экологической эффективности позволили сделать вывод о необходимости проведения исследований, направленных на разработку конструкций КЭСУ, состоящих из ТД и ЭД [122, 123]. В КЭСУ более эффективно используется электрическая (ЭД) и тепловая (ТД) энергии при выполнении заданного объема работ, что в результате позволяет улучшить топливную экономичность на 30-50 %, уменьшить уровень шума, существенно повысить экологическую безопасность ТС. Улучшение указанных эксплуатационных свойств происходит за счет возможности применения в конструкции маломощного ТД и обеспечения его работы на установившихся или близких к ним режимах. В процессе торможения и замедления происходит рекуперация кинетической энергии ТС, т.е, ЭД работает в генераторном релшме, подзаряжая накопители электрической энергии, которые в сравнении с чистым электромобилем будут работать в более легких эксплуатационных режимах, что позволит значительно увеличить их долговечность.

Отметим, что данное направление создания энергосиловых установок перспективно и для дорожно-строительных, сельскохозяйственных, технологических и других типов ТС, которые используют в своих конструкциях ТД.

В мире КЭСУ занимается ряд известных фирм в Европе (BMW, Audi, Porsche, VW, Mercedes, Opel, Renault, Peugeot, Citroen, Fiat, Saab, Volvo и др.), Америке (GMC, Ford, Daimler Chrysler, Dodge и др.) и Японии (Toyota Motor, Honda Motor, Mazda, Subaru, Nissan, Mitsubishi, Suzuki и др.), По объемам продаж в настоящее время в мире лидирует гибридный автомобиль Toyota Prius, который производит половину гибридных автомобилей, выпускаемых в мире. Выбросы модели Toyota Prius несгоревших углеводородов CFI и окислов азота

9 N0X снижены на 90 %, а углекислого газа С02 на 50 % в сравнении с обычным автомобилем модели «Carolla» [254], Например, в США в декабре 2005 года было продано: Toyota Prius - более 9000 шт., Honda Civic Hybrid - 2528 шт., Toyota Highlander Hybrid - 2198 шт., Lexus RX 400h - 2172 шт., Honda Accord Hybrid - 720 шт., Honda Insight Hybrid - 42 шт.

Дорожное движение современных крупных городов характеризуется высокой загруженностью транспортных потоков, малыми средней скоростью (30-40 км/ч), протяженностью ежедневного пути (не более 70 км) и количеством пассажиров (1-2 человека). В связи с увеличением количества ТС, повышения их динамических свойств и снижением водительской грамотности у владельцев ТС увеличивается аварийность эксплуатации (количество раненых и погибших ежегодно в мире более 10 млн. человек, а в РФ за последние 10 лет погибло 315,1 тыс. человек [189]).

По данным ОАО «Автосельхозмаш-Холдинг» рынок малогабаритных ТС в России к 2010 году составит по 500 тыс. единиц в год, в дальнейшем рынок увеличится до 1 млн. единиц в год7 в настоящее время потенциальная емкость рынка 200-250 тыс. единиц. Так в 2001 году суммарный объем производства малогабаритных ТС составил 62,5 тыс. единиц. В России и СНГ рыночная ниша по производству квадрициклов практически свободна.

ГНЦ РФ ФГУП «НАМИ» выявил проблемы повышения конкурентоспособности российских легковых автомобилей до 2010 года согласно требованиям автомобильного рынка: качество изготовления и надежность; расширение типоразмерного ряда выпускаемых моделей и модификаций; экология; безопасность; дизайн; эргономика; комфортабельность. Одним из главных направлений отмечается применение полимерных материалов в крупногабаритных кузовных деталях [107]. Действие с 2001 года Директивы ЕС 2000/53/ЕС «Транспортные средства, вышедшие из эксплуатации» и подготовка проектов законодательства в РФ приводит к повышению степени пригодности ТС к утилизации не менее 85% к 2006 году и не менее 95% - к 2015 году [107; 138].

10 В решении вышеизложенных проблем имеет преимущество разработка в РФ недорогого экономичного двухместного микролитражного автомобиля особо малого класса (квадрицикла автомобильного типа (КАТ)), обладающего преимуществами по налогам, парковке и допуску к управлению. Производство КАТ может осуществляться на готовых производственных мощностях мотоциклетных заводов. Увеличение производства автомобилей особо малого класса (квадрициклов) относится к приоритетным направлениям в концепции развития автомобильной промышленности России (распоряжение Правительства РФ от 16 июля 2002 года № 978-р [249]).

Реализация на практике рассмотренных двух направлений совершенствования ТС позволит решить ряд экологических, социально-экономических проблем крупных городов и промышленных регионов, а их разумное сочетание в конструкции одного ТС - создать гибридный микролитражный автомобиль особо малого класса (КАТ) для эксплуатации в основном в городских условиях с высоким уровнем показателей топливной экономичности и экологических свойств.

Объектом исследования является ТС категорий Lc и L7 (квадрициклы). Предметом исследования - выбор параметров и методические рекомендации дизайнерского проектирования квадрициклов с КЭСУ.

Цель исследования - разработка научно-методических основ дизайнерского проектирования двухместного легкового автомобиля особо малого класса (квадрицикла) с КЭСУ для эксплуатации, в основном, в городских условиях.

Задачи исследования:

исследовать современное состояние вопроса проектирования квадрициклов;

разработать алгоритм выбора типа конструкции кузова автомобильного типа при художественно-конструкторской разработке новых моделей квадрициклов;

разработать компоновочные и эргономические правила проектирования квадрициклов;

разработать алгоритм прочностного анализа кузова квадрицикла на стадии эс-

кизного проекта;

обосновать выбор базовых параметров квадрицикла категории L7 с КЭСУ;

выбрать рациональную конструктивную схему КЭСУ для квадрицикла и разработать методы выбора конструктивных параметров и характеристик квадрицикла с КЭСУ.

Методы исследования. Теория анализа и синтеза систем; теория системного подхода к проектированию машин; методы математического моделирования; методы прочностных исследований; методы инженерного творчества; теория принятия решений.

Достоверность и обоснованность. В процессе исследования выполнены в достаточном объеме поисковые, научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы по применению разработанных параметров и методических рекомендаций для дизайнерского проектирования квадрициклов с КЭСУ. Достоверность исследования обеспечена применением его основных положений в практической деятельности конструкторов, дизайнеров и их апробацией в макетных образцах, научных публикациях автора и докладах на научно-технических конференциях.

Научная новизна исследования заключается в следующем:

разработан типаж квадрициклов по назначению и эргономическим параметрам;

разработан алгоритм выбора типа конструкции кузова автомобильного типа при художественно-конструкторской разработке новых моделей квадрициклов;

выработаны рекомендации для дизайнера и конструктора по компоновочным и эргономическим правилам проектирования квадрициклов с учетом параметров рабочей позы (посадки) водителя и пассажира;

разработан алгоритм прочностного анализа кузова квадрицикла на стадии эскизного проекта;

исследованы конструктивные схемы КЭСУ для квадрицикла и рекомендована наиболее рациональная схема (параллельное соединение двигателей);

разработаны методы выбора конструктивных параметров и характеристик

12 квадрицикла с КЭСУ, выявлено, что при разработке внешних форм квадрицик-ла Le не требуется согласования и расчета Сх.

Практическая полезность. Основные положения исследования, методы, алгоритмы, рекомендации могут быть применены предприятиями мотоциклетной и автомобильной промышленности РФ для разработки перспективного конкурентоспособного вида транспорта с КЭСУ.

Реализация результатов. В период 2002-2006 гг. автор диссертации на ОАО «Ижевские мотоциклы» принимал участие в проектных работах по созданию новых моделей квадрициклов с КЭСУ в соответствии с темой НИР «Разработка научных основ создания конкурентоспособного автомобиля особо малого класса (квадрицикла) с гибридной энергосиловой установкой», выполняемой в рамках научно-технической программы 2003-2004 гг. Минобразования РФ по фундаментальным исследованиям в области технических наук. Диссертационная работа выполнялась в рамках гранта по фундаментальным исследованиям в области технических наук Минобразования РФ 2003-2004 гг. [243], а ее результаты исследования использованы в целевой аналитической программе Минобр-науки РФ «Развитие научного потенциала высшей школы (2006-2008 годы)» и в договоре с ГОУ ВПО «Московский государственный технический университет «МАМИ» в рамках государственного контракта 2006-РИ-16.0/005/146 «Научно-организационное, методическое и техническое обеспечение организации и поддержки научно-образовательных центров в области транспортных технологий и осуществление на основе комплексного использования материально-технических и кадровых возможностей совместных исследований и разработок» (VIII очередь), 2006 г.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на XXX и ХХХШ итоговых студенческих научных конференциях ГОУ ВПО «Удмуртский государственный университет» (г. Ижевск, май 2002 г. и апрель 2005 г.), на IV международной научно-технической конференции (НТК) «ІТ&ІР'ОЗ - Информационные технологии в инновационных проектах»

13 (г. Ижевск, ГОУ ВПО «ИжГТУ», 29-30 мая 2003 г.), на конференции в ГОУ ВПО «Удмуртский государственный университет» «Искусствоведение. Художественное образование в Удмуртии», посвященной 45-летию Института искусств и дизайна (г. Ижевск, октябрь 2004 г.), на научно-техническом форуме с международном участием «Высокие технологии - 2004» (г, Ижевск, ГОУ ВПО «ИжГТУ», 23-26 ноября 2004 г.), на II всероссийской выставке-ярмарке научно-исследовательских работ и инновационной деятельности студентов, аспирантов и молодых ученых высших учебных заведений РФ «Иннов - 2005» (г. Новочеркасск, ГОУ ВПО «ЮРГТУ (НИИ)», 19-21 мая 2005 г.), на X международной НТК «Современные тенденций развития транспортного машиностроения» (г. Пенза, ГОУ ВПО «ПТУ», 27-28 мая 2005 г.), на 53 международной НТК «Проблемы и перспективы автомобилестроения в России» (г, Ижевск, ОАО «ИжАв-то», 22-23 марта 2006 г.), на региональной НТК «Экологическая и эксплуатационная безопасность подвижных транспортных средств» (г. Чайковский, ГОУ ВПО «ЧТИ (филиал ИжГТУ)», май 2006 г.).

Диссертация неоднократно докладывалась на кафедрах «Дизайн промышленных изделий» ГОУ ВПО «Удмуртский государственный университет», «Автомобили и металлообрабатывающее оборудование» ГОУ ВПО «Ижевский государственный технический университет».

Публикации. По теме исследования опубликованы 1 монография (в соавторстве), 13 научных статей (3 входят в перечень научных журналов, рекомендованных ВАК РФ), 2 тезиса докладов и 3 научно-технических отчета с государственной регистрацией.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и выводов, списка литературы (343 наименований), 2 приложений и содержит 193 страницы, 90 рисунков, 22 таблицы.

Подобные работы
Галиев Радик Мирзашаехович
Обоснование и выбор параметров конструкции комбинированной энергосиловой установки легкового автомобиля
Басыров Руслан Рамилевич
Выбор конструктивных элементов легкового автомобиля особо малого класса по критерию комфортности воздушной среды в салоне
Комаров Виталий Васильевич
Разработка и исследование системы автоматического управления бесступенчатой клиноременной передачей автомобиля особо малого класса
Михайлин Иван Александрович
Выбор оптимальных углов установки управляемых колес и шкворней поворотных цапф трактора
Бондаренко Павел Анатольевич
Метод выбора параметров и режимов работы колесного сельскохозяйственного трактора с целью снижения уплотняющего воздействия
Домнин Дмитрий Александрович
Метод улучшения вибродемпфирующих параметров автомобильной подвески путем выбора рациональных параметров динамических гасителей колебаний колес
Кониев Казбек Едиславович
Повышение устойчивости трехколесных мотоциклов выбором конструктивных параметров
Емельянов Анатолий Евгеньевич
Метод снижения вибронагруженности легкового полноприводного автомобиля путем выбора рациональных параметров системы подрессоривания силового агрегата
Карелин Дмитрий Леонидович
Выбор и обоснование параметров адаптивной гидропневматической опоры силовых агрегатов транспортных средств
Лялин Владимир Петрович
Выбор оптимальных геометрических параметров пар трения с целью улучшения характеристик теплового режима и работоспособности муфты сцепления трактора

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net