Проект автотранспортного предприятия смешанного типа с детальной разработкой шиномонтажного участка

Fyi=f1+f2(Pт-1), м2

где f1, f2 - удельная площадь на первого рабочего и на каждого последующего, соответственно, м2.

Рт-число технологически необходимых рабочих, одновременно работающих в наиболее многочисленной смене.

Данные расчёта заносят в таблицу 2.9

Площади цехов по СО АТП рассчитываются аналогично. Данные расчёта заносят в конец таблицы 2.9

Таблица 2.9 Расчёт площадей цехов

Наименование цехов	Кол-во работающих человек Рт	Удельная площадь	Расчётная площадь fу, м2
		fуд1	fуд2
Площади производственных цехов
агрегатный	1	22	19	36
моторный
аккумуляторный
электротехнический	1	15	9	15
по ремонту системы питания	1	14	8	14
шиномонтажный
шиноремонтный	1	12	6	12
медницкий
жестяницкий
сварочный	1	18	12	18
кузнечно-рессорный
арматурно-кузовной	1	30	15	30
обойный
деревообделочный	1	24	18	24
малярный	1	30	15	30
слесарно-механический	2	18	12	30
Итого				245
Площади цехов по СО АТП
электротехнический	1	15	9	24
механический	1	18	12	18
слесарный	1	18	12	18
кузнечный
сварочный
жестяницкий
медницкий	1	18	12	18
паропроводный	1	18	12	18
ремонтно-строительный
деревообделочный	1	24	18	24
Итого:				120

Расчёт площадей складских помещений ведётся по удельной площади на 10 единиц подвижного состава по выражению [16].

Fc=0,1·Ac·fcкyдi·Kci·Kr·Knc·Kb·Kc, м2

где fcк.yд.i-удельная площадь i- го склада, м2/ 10 автомобилей;

Kci,·Kr,·Knc,·Kb,·Kc-коэффициенты корректировки расчётов, в зависимости от среднесуточного пробега автомобиля, численности подвижного состава, высоты складирования и категории условий эксплуатации.

Результаты расчёта площадей складов сводим в таблицу 2.10

Таблица 2.10 Расчёт площадей складских помещений на 10 единиц ПС

Наименование показателей и складов	fуд	Значение	Площадь м2
		ПАЗ-679	ЛАЗ-699
Списочное количество Ас, шт.		60	80
Коэффициенты:
Kc		0,85	0,9
Kr		1,2	1,2
Knc		0,8	1,2
Kb		1,0	1,0
Kc		1,1	1,15
0,1·Ac·fcкyдi·Kci·Kr·Knc·Kb·Kc		5,39	11,92
Склады:
запасных частей и материалов	4,0	21,56	47,68	69,24
агрегатов	2,5	13,48	29,8	13,28
масел	1,6	8,62	19,07	27,69
лакокрасочных материалов	0,5	2,69	5,96	8,65
инструмента	0,15	0,81	1,79	2,6
кислорода, азота, ацетилена	0,15	0,81	1,79	2,6
пиломатериалов	0,3	1,62	3,58	5,2
металла	0,25	1,35	2,98	4,33
шин	2,4	12,94	28,61	41,55
списанных автомобилей (стояночная площадка)	6	32,34	71,52	103,86
Склады:
Пром. склад	0,8	4,31	9,54	13,85
Итого:				322,85

Общая площадь складских помещений, размеченных в производственном корпусе, исключая склад списанных автомобилей, который расположим на открытой местности, составит 218,99 м2, общая площадь составит-322,85 м2.

2.6.6 Расчёт площадей зон ожидания и хранения

Количество постов ожидания перед постами ЕО определяется исходя из 15…25 % часовой программы, перед постами ТО-1, исходя из 10…15 % сменной программы, перед постами ТР в количестве 20…30 % от их числа. [16].

На основании этого определяем, что перед ТО и ТР назначаем 3 поста в производственном корпусе.

Хранение подвижного состава может осуществляться также на открытой площадке и в закрытом помещении. На предприятии, расчёт которого ведётся в данном курсовом проекте, 1/3 автомобилей хранится в помещении, 2/3 на открытых стоянках.

Укрупнено площадь зоны хранения определяем по формулам: при хранении в закрытом помещении:

Fx=fa·АМ·Кпл, м2,

где fa-площадь, занимаемая автомобилем в плане, м2;

Кпл-коэффициент плотности расстановки автомобилей, Кпл=2,5…3;

АМ=Ас-число автомобильных мест.

Тогда для ПАЗ-679:

Fx=(6,395·2,38)·60·1/3·2,5=761,005 м2

Для ЛАЗ-699:

Fx=(7,435·2,5)·80·1/3·2,5=1239,167 м2

Суммарная площадь хранения в закрытом помещении равна:

УFx=761,005м2+1239,167=2000 м2.

-при хранении на открытых стоянках не оборудованных прогревом:

Fx=fуд.х·АМ, м2

где fуд.х- удельная площадь на одно место хранения, fуд.х=37,2 м2 [2].

Тогда для ПАЗ-679:

Fx=60·1/3·37,2=1488 м2

для ЛАЗ-699:

Fx=80·2/3·37,2=1984 м2

Общая площадь хранения на открытой стоянке:

Fx=1488+1984=3472 м2

2.6.7 Расчёт площади АБК

Перед разработкой генплана определяется перечень зданий и сооружений, размещаемых на территории автопарка, их площади и размеры.

Состав и площадь основных зданий, при условии одноэтажной блокированной застройки, определяется по результатам технологического расчёта. К ним необходимо добавить здания контрольно-пропускного пункта и административно-бытового корпуса, расчёт которых ранее не выполнялся. [16].

Площадь, занимаемую административно-бытовым корпусом, определяем по выражению:

FАБК=fуд.АБК·Ас/Nэ,м2

где fуд.АБК-удельная площадь административно-бытовых помещений на один списочный автомобиль, м2/1 авт;

Nэ- число этажей АБК.

Fуд.АБК=SудАБК·K1·K2·….K7, м2/1 авт

где Sуд АБК-удельная площадь административно-бытовых помещений на один списочный автомобиль для эталонных условий [17];

K1, K2….K7-коэффициенты корректировки;

Sуд АБК- коэффициенты корректировки на проектные условия;

Таблица 2.11 Расчёт площади АБК

Показатели	Sуд АБК м2
Списочное число автомобилей		140
Коэффициенты:
К1	8,7	1,36
К1	8,7	1,13
К1	8,7	1
К1	8,7	0,88
К1	8,7	1,08
К1	8,7	1,12
К1	8,7	0,98
fуд.АБК	8,7	14
Nэ	8,7	4
FАБК	8,7	490
Принимаем площадь АБК, FАБК=504 м2

2.6.8 Площадь КПП

Для определения площади зданий КПП сначала рассчитывают число постов на нём [19]:

ХКПП=0,7·Ас·бТ/Тв·Ач

Ач-часовая пропускная способность одного поста, авт/ч;

бТ-коэффициент технической готовности парка;

Тв-продолжительность выпуска автомобилей на линию, ч, Тв=2 ч.

ХКПП=0,7·140·0,893/2·40=1,09?1

-принимаем 1 пост КПП, площадь КПП определяется:

Fкпп=4·ХКПП·ба·Ва, м2

где ба, Ва-габаритные размеры автомобиля.

Fкпп=4·1·7,435·2,5=74,4 м2,принимаем Fкпп=74,4 м2

2.6.9 Определение площади под застройку

Размеры административно-бытового корпуса и здания КПП определяется, исходя из рассчитанной площади и соотношения сторон от 1:1,5 до 1:2.Стороны зданий должны быть округлены до кратных 5.

После определения площади застройки определяется необходимая площадь участка под эту застройку [19].

Fуч=100(Fк+FАБК+FКПП+Fi+Fx)/Кз

где Fк, FАБК, FКПП, Fi, Fx-соответственно, площадь застройки производственного корпуса, административно-бытового корпуса, контрольно-пропускного пункта и площадь открытой площадки хранения автомобилей.

Fi-площадь застройки другими отдельно вынесенными зданиями;

Кз-плотность застройки территории, % [19].

Кз=57 %

Fк=3168 м2, FАБК=504 м2, FКПП=81 м2, Fi=(2016+108+288) м2, Fx=3472 м2

Fуч=100(3168+504+81+2016+108+288+3472)/57=16907,02 м2

Принимаем размеры участка 115…150 м.

Исходя из площади участка под застройку и ситуационного плана, выбираются размеры и форма участка. Участок должен иметь по возможности прямоугольную форму.

Генеральный план выполнен в масштабе 1:250. На плане участка с помощью условных обозначений нанесены по ГОСТ 21108-78 здания и сооружения по их габаритному очертанию. Административное здание располагается вблизи от главного входа на территорию АТП.

Противопожарные разрывы между зданиями приняты согласно СН и П.

На плане нанесены линии движения автомобилей по территории.

2.7 Оптимизация числа постов

Оптимизация числа постов позволяет определить лишь минимально необходимое число постов, которое не гарантирует устойчивую работу зоны, т.к. не учитывает случайный характер поступления автомобилей в зону и нарушения в организации технологии процесса ТО и ТР.

В отдельные промежутки времени, возможно, многократное повышение требований на обслуживание и ремонт, по сравнению со средним значением.

В результате этого может образоваться очередь в зоны ТО и ТР, и АТП будет нести потери от простоев автомобилей. С другой стороны, если увеличить число постов, то из-за недостаточной загруженности возможны простои и затраты, неоправданные на их содержание. Поэтому следует провести оптимизацию ранее рассчитанного числа постов в зоне, по критерию минимума затрат.

Сущность оптимизации состоит в подборе такого количества постов, при котором минимизируются затраты, связанные с простоем автомобилей в очереди и на содержание рабочих постов и оборудования.

2.8 Объёмно-планировочное решение производственного корпуса

Планировка производственного корпуса начинается с определения его размеров (длины Lк и ширины Вк) и сетки колонны.

Начинаем с расчёта центральной части корпуса, где располагаются посты ТО и ТР.

Ширину этой части корпуса определяем по формуле:

Ву=[nУi=1(a+Lasin ji+Bacos ji)]+S, м.

где а-нормируемое расстояние между торцевой стороной автомобиля на посту и стеной, а=2,1 м [17];

ji-угол установки автомобиля на пост к оси проезда в i-ом ряду, ji=90є;

S-нормируемая минимальная ширина проезда для автомобиля, S+6,4 м [2];

n- количество рядов постов в центральной части корпуса, n=2.

Ву=2·(2,1+7,435sin 90є+2,5cos 90є)+6,4=25,47?36 м

длина центральной зоны:

Lу=2·l+Lacos ji+(хn-1)·(Ва+с)/sin ji+Ваsin ji, м

где хn-количество постов в самом длинном ряду;

с, l-нормируемые расстояния между продольными сторонами автомобилей на двух соседних постах и продольной стороной автомобиля и стеной (колонной), соответственно, м.

Lу=2·1+7,435cos 90є+(9-1)·(2,5+2,5)/sin 90є+2,5sin 90є=48 м.

Величина пролёта в цеховых, складских и вспомогательных помещениях, размещаемых в производственном корпусе:

Bn=Fy/Ss·Ly м

где Fy-суммарная площадь цеховых, складских и вспомогательных помещений, расположенных в корпусе, м2.

Ss=3, т.к. эти помещения располагаются с трёх сторон от центральной зоны.

Bn=719,53/3·48=4,996=6 м

-ширина корпуса:

Вк=Ву+Ss+Bn

Вк=36+3·6=54

-принимаем ширину корпуса 66 м, т.к. имеется 2 въезда в центральную часть.

2.9 Проектирование цеха по ремонту двигателей

Проектируемый цех предназначен для текущего ремонта двигателей ГАЗ и КамАЗ. В соответствии с нормами, он оснащён техническим оборудованием, к которому относят стационарные и переносные станки, стенды, приспособления и производственный инвентарь, необходимый для обеспечения производственного процесса.

Технологическое оборудование по производственному назначению делится на основное (станочное, демонтажно-монтажное и др.), комплексное, подъёмно-смотровое, общего назначения (верстаки, стеллажи и др.) и складское. машина ремонт пневмогидравлический колесо

При подборе оборудования пользуемся «Табелем оборудования и оснастки»[20], а также каталогами, справочниками и т.д.

Оборудование представлено в табл.2.12

Таблица 2.12 Ведомость технологического оборудования для цеха по ремонту двигателей

Наименование	Тип и модель	Краткая характеристика	Кол-во
Ванна моечная передвижная	ОМ-1316	Ёмкость 150л размеры 1250·620·960 мм. масса 130 кг	1
Стенд универсальный для разборки и сборки V-образных двигателей ГАЗ-53 А	Р-235	Стационарный, с поворотом двигателей вокруг оси размеры 1150·662·1020 мм.	1
Прибор для проверки и правки шатунов автомобильных двигателей	2211	Размеры 580·250·195 мм. масса 51 кг	1
Прибор для проверки изменения радиального зазора в подшипниках качения	КИ-1223	Размеры 325·202·122 мм. масса 5,8 кг	1
Станок для шлифовки клапанов	ОПР-823	Потребная мощность 0,6 кВт размеры 935·600·1250 мм. масса 160 кг	1
Приспособление планетарно-шлифовальное для шлифовки клапанных гнёзд автомобильного двигателя	2447	Потребная мощность 0,95 кВт размеры 450·280·240 мм. масса 22,6 кг	1
Комплект универсальных съёмников и приспособлений для разборочно-сборочных работ	ПИМ-192М	из 12 наименований масса 63,2 кг	1
Ключ динамометрический	ПИМ-1756	Масса 12 кг	1
Гайковёрт пневматический реверсивный	ИП-3103	Размеры 212·76·178 мм. масса 2,5 кг	1
Дрель пневматическая для притирки клапанов	2213	Ручная, расход воздуха 65-108 л/мин размеры 292·72 мм. масса 1 кг	1
Станок настольно-сверлильный	НС-12А	Потребная мощность 1,7 кВт размеры 700·360·700 мм. масса 87 кг	1
Плита поверочная	ГОСТ 10905-64	Размеры 1000·630·250 мм. масса 500 кг	1
Пресс гидравлический	ОКС-1671А	Потребительская мощность 1,7 кВт размеры 1527·855·225 мм.	1
Станок вертикально-сверлильный	2Н 118	Потребительская мощность 1,7 кВт размеры 870·690·2080 мм. масса 450 кг	1
Установка пылеулавливающая	ЗИЛ-900	Потребная мощность 1,7 кВт размеры 700·700·1785 мм.	1
Верстак слесарный	5101 ГОСНИТИ	Размеры 1250·750·1580мм. масса 170 кг	3
Стол монтажный металлический	5109 ГОСНИТИ	Размеры 1250·750·600мм. масса 105 кг	1
Тележка для перевозки двигателей, узлов, агрегатов	ОПТ-7353 ГОСНИТИ	Размеры 1210·800·440мм. масса 74кг	1
Стеллаж для двигателей ГАЗ	5146 ГОСНИТИ	Размеры 1220·900·1290мм. масса 90 кг	1
Ларь для обтирочного материала	5133 ГОСНИТИ	Размеры 1000·500·850мм. масса 45 кг	1
Шкаф для материала и измерительных инструментов	5125 ГОСНИТИ	Размеры1100·6300·1900м. масса 145 кг	1
Стенд для разборки-сборки двигателей КамАЗ	ОПР1501-01-02 ГОСНИТИ	Размеры 1500·1100·850мм. масса 330 кг	1
Стенд для разборки и сборки шатунов	ОР-12440(01-09) ГОСНИТИ	Размеры1360·710·1750мм. масса 700 кг	1
Установка для выпрессовки гильз цилиндров	ОР13836-01 ГОСНИТИ	Размеры 3000·970·2640мм. масса 400 кг	1
Подставки под двигатели	ПИМ 5101-01-35	Размеры 908·1015·520 мм. масса 33,9 кг	1

Площадь, занимаемая оборудованием равна 12,19 м2

Коэффициент плотности расстановки Кпл=4

Площадь цеха по ремонту двигателей

Fурд=fоб·Kпл

Fурд=12,19·4=49 м2

2.10 Разработка планировки шиномонтажного участка

Сборка (разборка) шины с ободом выполняется в основном при замене шин, исчерпавших свой ресурс, или при повреждении камер. Основная сложность при демонтаже - это отжать борта шин от закраин обода. Для этих целей выпускаются промышленные или изготавливаются силами АТП различные стенды. В данном проекте разрабатывается стенд, который возможно изготовить силами предприятия. При отсутствии стендов демонтаж вынуждены проводить с помощью подручных средств. При этом часто повреждают боковины, и шины преждевременно выходят из строя. У бескамерных шин, кроме того, повреждается слой резины на бортах, обеспечивающий герметизацию.

Накачивание шин. Смонтированную шину накачивают воздухом до требуемого давления. При накачивании шин грузовых автомобилей во избежание несчастного случая при самопроизвольном выскакивании замочного кольца колеса помещают в металлическую клеть. Если накачивание производят в пути, колесо кладут замочным кольцом вниз.

Накачивают шины на АТП различными способами. Наиболее прогрессивный - с применением воздухораздаточных колонок. Они не требуют постоянного присутствия оператора, автоматически отключаются при достижении нормативного давления.

Проведенные наблюдения на АТП показали, что у 40-69 % шин давление воздуха не соответствует норме, вследствие чего потери ресурса шин составляет 4-10 %. Объясняется это сложностью измерения давления во внутренних колесах, порчей золотников при частом их вскрытии, закупоркой вентилей грязью и т.д.

Перспективным направлением является создание средств экспресс контроля давления без вскрытия вентиля, оценивающих давление, например, по усилию, с которым шина сопротивляется вдавливанию в протектор или боковину специального датчика, по величине деформации боковины или протектора.

Балансировка колес. По техническим условиям заводов изготовителей шина автомобиля может иметь статический дисбаланс. Поэтому смонтированное и накаченное колесо необходимо отбалансировать. Для балансировки существуют разного рода стенды. Устраняют дисбаланс специальными балансировочными грузиками, закрепляемыми на закраинах обода в наиболее легких частях колеса.

Современные стационарные стенды обеспечивают комплексную балансировку колеса без разделения на статическую и динамическую. Первоначально определяется самое легкое место и требуемый вес балансировочных грузиков по внешней полуплоскости, затем по внутренней. На некоторых моделях стендов определение дисбаланса по каждой полуплоскости происходит одновременно.

На шиномонтажном участке поводят работы:

Монтаж, демонтаж шин, восстановление и ремонт дисков, устраняют статический и динамический дисбаланс, балансировку и т.д.

Шина состоит из: каркаса, подушечного слоя (брекера), протектора, боковины, борта, носка и пятки борта, наполнительного шнура, флиппера, обёртки крыла, бортовой проволоки и ленты. Диски бывают цельные, 2-х, 3-х составные.

Маркировка шин включает в себя:

-обозначение (размер);

-наименование;

-серийный номер, где буквы стоящие в начале, обозначают сокращённое наименование завода, две следующие цифры - год выпуска, все последующие цифры-порядковый номер покрышки.

-модель шины;

-знак направления вращения в случае направленного рисунка протектора;

-для бескамерных шин обозначение «бескамерная»;

-норма слойности, например НС-12 или 12PR;

-для морозостойких шин - «Север»;

-для шин подлежащих балансировке, балансировочная метка-красный кружок в надбортовой части, обозначавшей самую лёгкую часть покрышки;

-номер ГОСТ или ТУ;

-штамп отдела технического контроля (ОТК) и сортность изделия;

-в отдельных случаях указывается максимальная нагрузка на шину;

-для шин типа Р с текстильным брекером - буква Т;

-для шин подлежащих ошиповке - буква Ш.

Шины имеют миллиметровое и дюймовое обозначение (в 1 дюйме 2,54 мм). Шины радиальной конструкции имеют в обозначении индекс Р или R, например 260-508Р, 165R13.

Обозначение ободов колёс: пример 203В-457, число 203 указывает номинальную ширину обода (мм), буква В-размеры профиля бортовой закраины, 457-номинальный посадочный размер (мм).

Шины имеют такие протекторы как: дорожный, универсальный, повышенной проходимости, карьерный, зимний.

Причины повреждений и преждевременного износа шин и дисков:

Пониженное (повышенное) внутреннее давление, перегрузка шин, большие скорости движения, влияние дорожных и климатических условий, качество вождения, техническое состояние автомобиля.

Диагностические параметры: визуальный осмотр, углы установки управляемых колёс (замер угла схождения, неуравновешенность колёс), балансировка (статическая и динамическая).

Дисбаланс колёс вызывает их колебания и биение. Устраняется он установкой балансировочных грузиков, которые крепятся на закраины бортиков.

Планировка шиномонтажного участка представлена на рисунке 3.3. Участок включает следующее технологическое оборудование:

1. стеллаж для покрышек;

2. компрессор для накачки шин;

3. клеть для накачки шин;

4. бак для нагрева воды;

5. комната мастера и техника;

6. стеллаж для камер;

7. стеллаж для сегментов дисков;

8. стенд для демонтажа шин;

9. приспособление для демонтажа дисков;

10. щит электросиловой;

11. верстак для инструментов;

12. стенд для мойки дисков;

13. стенд для мойки покрышек;

14. сварочная кабина;

15. шкаф для спецодежды;

16. шкаф инструментальный;

17. верстак слесарный;

18. станок заточный;

19. стеллаж для дисков;

20. емкость для мусора;

21. емкость с песком и огнетушителями;

22. подъёмник гидравлический.

2.11 Технико-экономическая оценка проекта

Техническое совершенство проекта оценивается сравнением величины его технико-экономических показателей с эталонными значениями этих показателей. Для оценки результатов технологического проектирования АТП применяются следующие показатели:

-число производственных рабочих мест на 1 млн. км пробега -Руд

-число рабочих постов на 1 млн. км. пробега -Худ

-площадь производственно- складских помещений на один автомобиль-Fуд

-площадь территории на один автомобиль-Fуд.т

Поскольку, эталонные условия отличаются от условий проектируемого предприятия, то значение удельных показателей приводятся с помощью корректируемых коэффициентов:

Рудэк=Рудэ·К1·К2·К3·К4·К5·К6·К7

Худэк=Худэ·К1·К2·К3·К4·К5·К6·К7

Fудэк=Fудэ·К1·К2·К3·К4·К5·К6·К7

Fудтэк=Fудтэ·К1·К2·К3·К4·К5·К6·К7

где К1…К7-соответственно коэффициенты влияния списочного числа автомобилей, типа ПС, наличие прицепного состава, величины среднесуточного пробега, условий хранения автомобилей, категории эксплуатации, климатических условий эксплуатации.

Значения удельных технико-экономических показателей определяют по формулам:

Рудn=У·Рт/10-6·Lr·Ac

Худn=У·Хт/10-6·Lr·Ac

Fудn=Fк/Ac

Fудтn=Fуч/Ac

где У·Рт - общее количество всех технологических рабочих, занятых ТО, Д и ТР автомобилей.

У·Хт- сумма рабочих постов.

Fк Fуч- принимается по фактическому значению с чертежей производственного корпуса и генплана.

Таблица 2.13 Удельные технико-экономические показатели

Наименование показателей	Эталонное Пэ	По проекту Пп	Пэ-Пп	%
Число производственных рабочих на 1 млн км пробега Руд	0,52	0,42	0,1	19,2
Число рабочих постов на 1 млн км пробега Худ	0,21	0,25	-0,04	19
Площадь производственных помещений на один автомобиль Fуд	26,1	22,6	3,5	13,3
Площадь территории на один автомобиль Fуд.т	137,4	123,2	14,2	10,3

Для проектируемых АТП значения показателей не должны отклоняться от эталонных более чем на 10…20%, при расчёте рабочие посты ТО и ТР считаются за один рабочий пост:

Рудэ=0,32Худэ=0,1Fудэ=19Fудтэ=120

Рудэк=0,32·1,16·1,34·1·0,7·1,55·0,95=0,52

Худэк=0,1·1,27·1,188·1·0,95·1,438·0,97=0,21

Fудэк=19·1,235·1,0176·1·0,76·1,438=26,1

Fудтэк=120·1,2·0,968·1·0,92·0,97·1,07·1,0323=137,4

Рудn=31/10-6·57340·130=0,46

Худn=18/10-6·57340·130=0,24

Fудn=3168/130=24,3

Fудтn=17250/130=132,6

3. КОНСТРУКТОРСКАЯ РАЗРАБОТКА

В данном проекте рассматривается возможность механизации демонтажных работ путём внедрения пневмогидравлического приспособления (устройства) для выполнения операции отрыва борта шины от обода колеса, а также разработка ряда мер по упрощению технологии изготовления корпуса пневмоцилиндра и золотникового узла пневмогидронасоса одностороннего действия, применяемого в качестве привода устройства.

3.1 Выбор компоновочной схемы устройства

Устройства для отделения борта шины от обода колеса делятся на: рычажные, гидравлические, пневматические, а также пневмогидравлические. Нужно отметить, что всем устройствам присущ один общий недостаток - ограничение в применяемости, что не позволяет использовать устройства на АТП с технологически несовместимыми группами ПС. Поэтому одной из задач проекта является разработка устройства, применяемость которого распространялась бы на все классы колёс.

Рисунок 3.1 Устройство рычажное для колёс легковых автомобилей

1-рычаг нажимной; 2-крюк; 3-клин; 4-крючок-зацеп; 5-упор; 6-покрышка; 7-закраина обода; 8-диск

Выбор компоновочной схемы ведём по следующим критериям: применяемость; простота конструкции; надёжность; минимизация физических затрат; возможность использовать вне АТП.

Для отрыва покрышки 6 от диска 8 клин 3 вводится между закраиной обода 7 и покрышкой 6 от диска 8 клин 3 вводится между закраиной обода 7 и покрышкой 6. При нажатии на конец рычага 1 покрышка 6 под действием клина 3 отрывается от обода 7.

Для отрыва покрышки 6 с обратной стороны диска 8 применяется крючок-зацеп 4 с упором 5, который навешивается на крючок 2 рычага 1.

Рисунок 3.2 Устройство гидравлическое для колёс грузовых автомобилей

1-корпус; 2-гидропривод; 3-педаль; 4-планка фиксирующая; 5-крюк; 6-цепь; 7-рейка отжимная; 8-покрышка; 9-обод.

Для отрыва покрышки 8 от обода 9 цепь 6 устанавливают нужной длины и посредством крюка 5 цепляют за противоположный край обода, при этом устройство установлено наклонно, концом рейки 7 на покрышку 8 около обода 9. Затем корпус 1 устанавливают в вертикальное положение, при этом рейка 7 вводится между ободом и покрышкой.

Нажатием на педаль 3 с внутренней стороны корпуса 1 фиксируют устройство. Приводом 2 рейку 7 перемещают вниз, отделяя покрышку 8 от обода 9.

Рисунок 3.3 Устройство гидравлическое для колёс легковых, грузовых автомобилей и автобусов

1-корпус; 2-гидроцилиндр; 3-шток; 4-палец; 5-паз; 6-тяга; 7-тяга; 8-захват; 9-лапа толкателя; 11-покрышка; 12-обод.

Для отрыва покрышки 11 от обода 12, шток 3 гидроцилиндра 2, через палец 4, движущийся по S-образному пазу 5 корпуса 1, передаёт усилие тягам 6 и 7, захвату 8 и толкающей лапе 9, которая по направляющим 10, перемещаясь вниз, отделяет покрышку от обода.

Из существующих устройств удовлетворяют критерию пневмогидравлические устройства, одно из которых берётся за прототип к проектируемому устройству (см. рисунок 3.4).



Рисунок 3.4 Прототип проектируемого устройства

1-пневмогидронасос одностороннего действия

2-устройство для отделения борта шины

3-педаль

4-гидроцилиндр нажимной

5-гидроцилиндр фиксирующего узла

6-ось тяги

7-тяга фиксирующего узла

8-крюк фиксирующий

9-лапа фиксирующая

10-лапа нажимная

На рисунке 3.5 представлена компоновочная схема проектируемого устройства.

Рисунок 3.5 Компоновочная схема проектируемого устройства

1-корпус; 2-гидроцилиндр фиксирующего узла; 3-гидроцилиндр толкающего узла; 4-крюк фиксирующий; 5-щека крюка; 6-кронштейн крепления крюка; 7-тяга фиксирующего узла; 8-шайба установочная; 9-ось; 10-болт; 11-шток (поршень) гидроцилиндра; 12-лапа фиксирующая; 13-лапа нажимная; 14-муфта направляющая; 15-цилиндр направляющий; 16-винт.

Проблема применяемости решена за счёт замены фиксирующего крюка С-образной формы на крюк с меньшим наружным радиусом скругления (см. рисунок 3.6), что позволяет использовать устройство для колёс с диском, где ранее подход к внутренней поверхности обода ограничивался из-за большего наружного радиуса крюка.

ПрототипВновь проектируемый

Рисунок 3.6 Крюк фиксирующий.

Однако для расширения применяемости этого не достаточно, так как существуют ободья колёс, высота бортовой закраины которых значительно отличается от размеров бортовой закраины других ободьев, что является существенным при выборе расстояния между крюком 4 и лапой фиксирующей 12, которое будет складываться из величины высоты h бортовой закраины и толщины стенки обода S (см. рисунок 3.7)



Рисунок 3.7 Бортовая закраина обода

Анализируя размеры ободьев колёс по всем классам, определяем минимально необходимые величины h и S и задаёмся минимально необходимым расстоянием L между носком крюка и лапой фиксирующей. Для 1-3 и 5-7 классов колёс устанавливаем величину L=L1 не менее 60 мм (см. рисунок 3.5) Для колёс 4 класса, с высотой бортовой закраины h равной 152,4 мм и L=L2 не менее 167,4 мм, необходимо произвести замену кронштейна крюка прототипа на вновь разработанный, а именно вместо традиционного одного отверстия, использовать два, позволяющих переставкой крюка с верхнего в нижнее, получать расстояние L2 равное 167 мм (см.рисунок 3.8).

На рисунке3.8 представлены кронштейны прототипа и вновь разрабатываемого устройства.

Рисунок 3.8 Кронштейны крюка.

Однако при перестановке крюка происходит увеличение расстояния между осью крюка и осью 9, расположенной на конце штока 11 гидроцилиндра 2 (см. рисунок 3.5). Для выборки этого расстояния, без изменения длины тяги 7, было принято решение использовать установочную шайбу 8 (см. рисунок 3.5), позволяющую при установке в следующем порядке: шток цилиндра 11, ось 9, шайба установочная 8 и болт 10 получить необходимое смещение тяги 7.

Для выбора ширины шайбы 8 проводим следующий расчёт, предварительно задавшись высотой установки кронштейна 6 и расстояния от носка лапы фиксирующей 12 до оси симметрии отверстий кронштейна 6, а также конфигурацией крюка (см. рисунок 3.9).

Рисунок 3.9 Схема расчётная

Представим схему рисунка 3.9 в более упрощённом виде (см. рисунок 3.10), данные для расчёта сведены в таблицу 3.1.

Рисунок 3.10 Схема расчётная

Расчётные зависимости примут следующий вид.

Угол б1 и б2 начального положения крюка относительно оси симметрии отверстий

б1=arctg•(l'61'/ l'51')б1=62,2ъє

б2=arctg•( l'62'/ l'5')б2=76,5є

где б1 - угол нахождения крюка относительно оси симметрии, в положении I (см. рисунок 3.9)

б2-угол нахождения крюка в положении II (cм. рисунок 3.9);

l'61', l'62'-расстояние от оси симметрии тяги до центров отверстий, соответственно в положении I и II.

Определяем величину l'11' для положения крюка I (см. рисунок 3.10)

/ВС/=l'61'·tg б

/AС/=l'61'·tg б1

/AВ/=/AC/-/BC/

l'31'=l'51'-l'41'

l'21'=l'31'·sin б

l'11'=/AB/-l'21'

где l'11'-расстояние необходимое для полной фиксации и проходимое тягой 7 (см. рисунок 3.5) в положение I крюка 4;

l'12'-расстояние проходимое тягой 7 (см.рисунок 3.5) в положение II крюка 4.

Определяем l'12' для положения II (см. рисунок 3.10)

/ВС/=l'62'·tg б

/AС/=l'62'·tg б2

/AВ/=/AC/-/BC/

l'42'=l'62'-l'42'

l'22'=l'32'·sin б

l'12'=/AB/-l'22'

Таблица 3.1 Исходные данные, мм

Обозначение	l1	l2	l3	l	L1	l2М	l5М	l6М
I положение II положение	122 122	- 142	162 -	40 40	60 -	- 167	86 86	40 20

Проведя вычисления, получим:

l11'=18,3 мм

l12'=25,8 мм

Тогда расстояние между осями крюков в разных положениях есть разность величин

l11' и l12' равная 7,5 мм, тем самым для установки тяги 7, её необходимо переместить на 7,5 мм, что и достигается установкой шайбы 8 шириной 8 мм.

Таким образом, выбрав компоновочную схему устройства, и внеся в неё конструктивные изменения, нам удалось расширить применяемость устройства на все классы колёс.

3.2 Принцип работы пневмогидравлического устройства для отделения борта шины от обода колеса

Данное устройство, принятое за прототип, предназначено для отделения борта шины от обода колеса грузовых, легковых автомобилей и автобусов (см. рисунок 3.4). Прототип и вновь проектируемое устройство имеют одинаковый принцип работы.

Устройство работает следующим образом, (см. рисунок 3.4): сжатый воздух от компрессора или автомобиля подаётся в пневмогидронасос 1, при нажатии на педаль 3 начинает работать пневмоцилиндр, нагнетая масло по рукаву 12 к устройству 2, тем самым, приводя в действие гидроцилиндры 4 и 5. При этом тяга 7, соединённая с гидроцилиндром 5 через ось 6, приводится в движение, увлекая за собой крюк 8, крепящийся на кронштейне 11 к гидроцилиндру 4. Лапы 9 и 10, установленные у кромки бортовой закраины обода, начинают двигаться навстречу крюку 8 и по мере сближения врезаются между бортовой закраиной обода и шиной, устройство фиксируется на ободе колеса.

Обратный ход происходит следующим образом: по мере отделения борта шины, оператор отпускает педаль 3 пневмогидронасоса, подача масла прекращается, и гидроцилиндры под действием возвратных пружин возвращают крюк и лапу в исходное положение. Операция проводится, пока борт шины не будет отделён от обода по всей окружности колеса.

3.3 Анализ и расчёт сил в сопряжении борт шины - обод колеса

Для анализа сил, действующих в сопряжении борт шины - обод колеса, рассмотрим эпюру давлений на участке бортовой закраины обода колеса (см. приложение 1).

Из эпюры видно, что взаимодействие борта шины с конической посадочной полкой обода носит неравномерный характер. Достигая максимума в зоне расположения металлических бортовых колец шины, обладающих значительной радиальной жёсткостью, эта нагрузка затем быстро снижается и становится незначительной. Как видно из эпюры (заштрихованная зона), значение максимума нагрузки практически не зависит от внутреннего давления воздуха в шине и определяется только величиной натяга борта шины на конической полке обода, который возникает благодаря созданию внутри покрышки давления в начальный период, а благодаря наличию сил трения нагрузка на посадочной полке обода колеса после выпуска воздуха из шины остаётся почти неизменной (заштрихованная область) (см. приложение 1).

Расчёт силы, действующей на посадочную полку обода.

Исходя из изложенного, произведём расчёт нагрузки, действующей на посадочную полку обода по всем классам колёс, она определяется:

N=pр(r2o-D21/4),

где N-нагрузка на посадочную полку обода, 4;

p-давление воздуха в шине, МПа, (см. приложение 2);

r2o-адиус нулевой кривизны, мм (см. рисунок 3.11);

D21-посадочный диаметр, мм, (см. приложение 2).

Рисунок 3.11 Зависимость радиуса нулевой кривизны ro от ширины обода В

Для учёта натягов зададимся коэффициентом запаса К1 равным 1,5 и учитывающим изменение коэффициента трения покоя контакта обода с бортом шины от времени. Выражение (3.4) примет следующий вид:

Nґ=N•K1,

где N-нагрузка на посадочную полку обода, Н;

K1-коэффициент запаса, K1=1,5 [5];

Таблица 3.2 Результаты вычислений

Наименование показателей	Классы колёс
	1	2	3	4	5	6;7
Нагрузка, действующая на полку обода кН	422,5	150,4	253,4	949,5	261,3	185,4

Максимальное значение N' приходится на колёса 4 класса, его принимаем за исходное для дальнейших расчётов.

Расчёт необходимого усилия для обеспечения отрыва борта шины от посадочной полки обода колеса.

Во время отрыва борта посадочной полки возникает сила Q' препятствующая отрыву. Она складывается из двух сил: нормальной, действующей со стороны шины на обед и силы трения.

Выражение для определения Q' будет иметь следующий вид:

Q'=,

где Q'-сила, препятствующая отрыву борта шины от обода, кН;

N'-нагрузка, действующая на посадочную полку обода, кН, (см.таблицу 2.2);

Fтр 2-сила трения, кН

Fтр=N'•f,

где N'-нагрузка, действующая на посадочную полку обода, кН, (см. таблицу 3.2);

f-коэффициент трения, f=0,55, [5].

Сила Q' является необходимой и достаточной силой при отрыве борта по всей окружности колеса одновременно.

Проектируемое устройство производит отрыв только на определённом участке колеса, а именно по длине L равной 0,05 м. Для определения силы отрыва на участке L, необходимо определить распределение давления на единицу площади, выражение имеет следующий вид:

р=Q'/2рRmin•B,

где р-давление на единицу площади, Н/м2;

Q'-сила, препятствующая отрыву борта шины от обода, кН;

Rmin-минимальный радиус нагружения, м;

B-ширина борта покрышки, вступающей в контакт с посадочной полкой, м;

Rmin=(D1min+h)/2,

где D1min-минимальный посадочный диаметр по классам колёс; (см. прилож.2)

h-высота бортовой закраины обода, м, (см. приложение 2).

Сила отрыва определяется по формуле:

Fотр=р•L•B,

где Fотр-сила отрыва борта шины от обода, кН;

р-давление борта шины на единицу площади, кН/м2;

L-длина участка отрыва, L=0,05 м;

B-ширина борта покрышки, вступающей в контакт с посадочной полкой, м.

Взаимодействие борта шины с посадочной полкой обода показано на рисунке 3.12, а результаты расчётов сведены в таблицу 3.3.



Рисунок 3.12 Схема нагружения

Таблица 3.3 Результаты вычислений

Наименование показателей	Классы колёс
	1	2	3	4	5	6; 7
Ширина борта покрышки В, м Радиус нагружения, Rmin м Сила трения, Fтр, кН Сила сопротивления отрыву QМ, кН Давление борта шины р, кН/м2 Сила отрыва борта от обода, Fотр кН	0,024 0,175 232,4 482,29 18285,3 21,94	0,019 0,172 82,7 171,71 8366,9 7,948	0,036 0,209 139,37 289,2 6120,6 11,017	0,1 0,341 522,2 1083,6 5060,3 25,301	0,046 0,250 143,6 298,3 4130,6 9,5	0,04 0,212 102 211,6 3974,4 7,948

Максимальным значением является величина для 4-го класса колёс.

Рассматривая действие лапы нажимной длиной L равной 0,05 м, можно отметить, что отрыв будет происходить не только в точке касания, но и по некоторой длине дуги окружности, тем самым препятствуя действию силы Fотр или наоборот уменьшая её необходимое для отрыва значение. Для определения окончательного значения силы Fотр построим эпюру нагружения покрышки по длине дуги l, приняв, что со стороны покрышки действует распределённая нагрузка по длине величиной q (cм. рисунок 3.13)



Рисунок 3.13 Эпюра нагружения покрышки

1) УМА=0

-ql+F-Bl=0

B=(F-ql)/2

2) УМА=0

A=(F-ql)/2

УМс=0

(F-ql)/2+qx'-Q=0

x'=0; Q=(F-ql)/2

x'=l/2; Q=F/2

УМс=0

(F-ql)/2+q(l/2+x')-F-Q=0

x'=0; Q=-F/2

x'=l/2; Q=(ql-F)/2

Из эпюры видно, что необходимая сила для отрыва покрышки по длине дуги l будет равна половине Fотр расчетной. Таким образом, получаем окончательное значение величины силы отрыва:

Fотр=12650,8 Н

Расчет силы необходимой для фиксации устройства

Во время работы устройства требуется жесткая фиксация его на ободе колеса, что достигается использованием клиновидных лап фиксирующего устройства (поз.12, рис.3.5), которые врезаются между бортовой закраины обода и бортом шины, при этом возникают следующие силы.

Рисунок 3.14 Схема полного нагружения обода колеса

где Q1, Q2- нормальные силы, действующие соответственно со стороны клина на борт шины и бортовую закраину обода;

Fтр1, Fтр2- силы трения, соответственно возникающие между клином и бортом шины и бортовой закраиной колеса;

P1, P2- результирующие силы;

P?, P?ґ- равные по величине силы, но противоположные по направлению, определяющие необходимое усилие для фиксации устройства на ободе.

При входе клина между поверхностями (бортовой закраиной и бортом шины) происходит отрыв борта от посадочной полки обода, то есть возникает сила, равная или большая силы Qґ, такой силой является Q2, действующая по нормам со стороны клина к борту шины (см. рисунок 3.14).

Для определения силы P? необходимо определить силы Р1 и Р2 по следующим выражениям:

Р1=

Р2=

где Р1, Р2- результирующие силы, действующие со стороны клина, Н;

Q1, Q2-нормальные силы, действующие соответственно со стороны клина, Н;

Fтр1, Fтр2-силы трения, вызванные движением клина, Н.

Для определения сил Q1, Q2 и Fтр1, Fтр2 составим схему действия сил со стороны клина на бортовую закраину обода и борт шины (см. рисунок 3.15), задавшись системой координат ХОУ, составим систему двух уравнений, из которых и определим силы Q и Fтр.

Рисунок 3.15 Схема действия сил со стороны клина на бортовую закраину и борт шины

Запишем систему уравнений:

{?Fix=Q2 sin б2-Q1 sin б1+Fтр2 cos б2+Fтр1 cos б1 (3.13)

{?Fix=Q2 cos б2-Q1 cos б1+Fтр2 sin б2-Fтр1 sin б1

где б-угол клина, б=20є

б=б1+б2, б1=б2=10ъє

Решим систему уравнений (3.13) относительно Fтр1, получим следующую систему уравнений:

Сила Q2 является достаточной для отрыва борта шины и равная Fґотр, тогда Fтр2 определится как

Fтр2=Q2•fc.p,

где Fтр2-сила трения, возникающая между клином и бортом шины, Н;

Q2-нормативная сила, действующая со стороны клина на борт шины;

Q2=12650,8 Н;

fc.p-коэффициент трения стали по резине,

fc.p=0,55 [5].

Fтр2=12650,8•0,55=6957,94 Н

Подставляя результаты из выражения (3.14) в выражение (3.13), а также значение силы Q2, определяем Fтр1, которая равна 2211,4 Н, результат выражения подставляем в формулу для определения силы Q1:

Q1=Fтр1/fc.с

где Q1-нормальная сила, действующая со стороны клина на бортовую закраину, Н;

Fтр1-сила трения, возникающая между клином и бортовой закраиной, Fтр1=2211,4 Н;

fc.с-коэффициент трения стали по стали, fc.с=0,18 [5].

Q1=2211,4/0,18=12285,5 Н.

Полученные результаты подставляем в выражения (3.11) и (3.12)

Р1==12482,94 Н

Р2==14437,9 Н

Значение силы Р? определяем из выражения:

Р?=,

где в- угол между векторами Р1 и Р2 (см. рисунок 3.15)

в=в1+в2+б1+б2,

в1=arctg(Q1/Fтр1)=79,7ъ

в2=arctg(Q2/Fтр2)=61,1ъ

в=160ъ

Р?==5056,3 Н

Проведя расчёты, были получены две величины сил: Fотр-необходимая и достаточная для отрыва борта шины от обода колеса, и Р?- необходимая и достаточная для надёжной фиксации устройства на ободе колеса.

3.4 Выбор и расчёт исполнительных механизмов устройства

Выбор и расчёт исполнительных механизмов, которыми являются силовые гидроцилиндры одностороннего действия, ведём по силам Fотр и Р?.

3.4.1 Выбор гидроцилиндра фиксирующего механизма

Для фиксации устройства необходимо создать на носке крюка 4 (см. рисунок 3.5) усилие равное Р?, для этого рассчитаем силу Q на штоке гидроцилиндра. Зная высоту крепления крюка 4 к тяге 7 и кронштейну 6, составим схему действия сил на крюк (см. рисунок 3.16).

Рисунок.3.16 Схема действия сил

Составляя уравнение моментов сил относительно точки А, определим силу Q, действующую на крюк 4 со ст...