Модернизация МАЗ - 509

1. Конструктивно-эксплуатационный анализ и направление модернизации базовой машины

1. Назначение лесовозного автомобиля МАЗ-509А

 

МАЗ-509А (рисунок 1) представляет собой двухосный автомобиль-лесовоз с двумя ведущими мостами. Совместно с прицепом-роспуском он образует лесовозный автопоезд, предназначенный для перевозки хлыстов и сортиментов по профилированным дорогам с гравийным и усовершенствованным покрытием, с заходом на лесосеки, а также по дорогам, укрепленным щитовыми колейными покрытиями.

На  автомобилях МАЗ-509А, так же как  и на автомобилях МАЗ-509, устанавливают  четырехтактные дизели, усовершенствованные сцепления и коробки передач, ведущие мосты и раздаточные коробки, рулевые управления с гидравлическими усилителями, эффективные колесные тормоза с пневматическим приводом, специальное оборудование для погрузки и перевозки прицепа-роспуска со складывающимся дышлом.

Переднее  расположение кабины у лесовозных автомобилей МАЗ позволило более равномерно загрузить ведущие мосты, создать хорошую обзорность и маневренность.

Рисунок 1 - Автомобиль-лесовоз  МАЗ-509А.

 

1.2 Техническая характеристика автомобиля МАЗ-509А

Техническая характеристика автомобиля МАЗ-509А представлена в  таблице 1.

Таблица 1 - Техническая характеристика автомобиля МАЗ-509А

Наименование параметра	Значение
Масса буксируемого прицепа-роспуска с грузом, кН	210000
Масса автопоезда с грузом, кг	300000
Нагрузка на коник автомобиля, кН	550
Допустимая нагрузка на коник в зимних условиях при промерзании грунта, кН	6000
Распределение массы автомобиля без груза, кН: на передний мост на задний мост	44100 43900
Распределение массы автомобиля с грузом, кН: на передний мост на задний мост	49500 95000
База автомобиля, мм	3950
Колея задних колес (между  серединами сдвоенных колес), мм	1900
Колея передних колес, мм	1950
Дорожные просветы, мм: под передним мостом под задним мостом под картером раздаточной коробки	310 300 450
Наименьший радиус поворотов  в обе стороны по оси следа  внешнего переднего колеса, м	11,5
Угол свеса (с полной нагрузкой), град: передний задний	35 40
Габаритные размеры  автомобиля, мм: длина ширина высота но ограждению без нагрузки высота с роспуском на шасси	6770 2600 3000 3660
Наибольшая скорость при  полной нагрузке, км/ч	60

 

 

Продолжение таблицы 1

Путь торможения с полной нагрузкой при скорости 40 км/ч  на горизонтальном участке сухой  дороги с твердым покрытием (не более), м	21
Максимальный подъем преодолеваемый автопоездом, 0	12
Контрольный расход топлива  на 100 км, л	48

 

1.3 Аналоги лесовоза МАЗ-509А

Отечественными аналогами  лесовоза МАЗ-509А (рисунок 2) являются лесовозы МАЗ-509 и МАЗ-509П, который отличается повышенной грузоподъемностью (158 кН.), надежностью, плавностью хода, общей комфортабельностью, тормозной системой с раздельным торможением мостов и новой светотехнической аппаратурой для обеспечения требований безопасности движения, а также более мощным двигателем ЯМЗ-236 с номинальной мощностью 133 кВт., двухдисковым сцеплением (сухое, фрикционного типа с периферийными цилиндрическими пружинами). На лесовоз МАЗ-509А устанавливается лебедка барабанного типа с червячным редуктором, которая предназначена для погрузки-прицепа роспуска на шасси тягача.

Рисунок 2-Общий вид лесовоза МАЗ-509А

В настоящее время зарубежные производители практически перестали  выпускать автомобили-лесовозы с  колесной формулой 4*4, так как современный, быстро развивающийся, лесной комплекс требует использование лесовозов, обладающих большей грузоподъемностью  и мощностью. В связи с этим широкое распространение получили лесовозы с колесными формулами 6*4,6*6, типичными представителями которых являются Volvo, MAN, Mack, Scania, Howo. Основные технические характеристики зарубежных лесовозов представлены в таблице 2.

Подробней рассмотрим лесовоз  Volvo А25Е (рисунок 3), в отличие от моделей конкурентов его рама состоит из двух частей (секций). На передней расположена кабина и двигатель с агрегатами трансмиссии, а на задней - лесовозное оборудование. Между собой секции соединены специальным шарниром, который позволяет им поворачиваться в горизонтальной плоскости на угол 45º. Благодаря такому решению существенно повысились управляемость и проходимость машины.

Рисунок 3- Общий  вид лесовоза Volvo

Турбодизельный  двигатель лесовозов Volvo D9 объемом 9,4 л и мощностью 225 кВт. оснащен комплексом V-ACT, включающем новейшую схему впрыска топлива под высоким давлением, усовершенствованную систему электронного управления и устройство рециркуляции отработавших газов. Неудивительно, что мотор легко выполняет европейские экологические

 

нормы Stage 3a и американский стандарт Tier III.

С двигателем агрегатируется автоматическая планетарная коробка  передач Volvo Powertronic с блокируемым  гидротрансформатором. Для движения вперед используются 6 ступеней, для  движения назад – 2. Раздаточная  коробка оборудована блокируемым  межосевым дифференциалом, а ведущие  мосты - планетарными колесными редукторами  и механизмом блокировки дифференциалов.

 Плавность хода лесовозов на бездорожье повышает оригинальная подвеска. Трехточечное крепление направляющего аппарата обеспечивает независимое перемещение передних колес, а балансирная конструкция второго и третьего мостов увеличивает ход колес и снижает нагрузки на раму.  
          Таблица 2- Основные технические характеристики зарубежных и отечественного лесовозов

Параметры	Volvo А25Е	MAN TGA 33.480	HOWO ZZ4252S3446F	Scania R144GB	МАЗ-509А
Мощность, кВт	225	353	276	390	133
Максимальная скорость, км/ч	53	85	65	85	60
Колесная формула	6*6	6*4	6*4	6*4	4*4
Число передач	6	16	14	14	5
Полная масса автопоезда, кН	460	330	300	290	200
Габаритные размеры, мм	13603*3400*3400	7538*2500*3050	7035*2480*3088	6905*2565*3000	6770*2600* 3000

 

        Проанализируем  технические характеристики приведённых  лесовозов. Сравнивая эти автомобили  по мощности двигателя, приходим  к выводу, что у лесовоза МАЗ- 509А двигатель недостаточно мощный. Также у коробки переключения  передач МАЗ-509А малое количество  передач. Это может создавать неудобства в эксплуатации. Рассматривая трансмиссию можно заявить, что она оказывается неудовлетворительной в ряде случаев, а именно: недостаток повышенных передач и недостаточный ресурс ведущих мостов.

       Таким  образом, ознакомившись с техническими  характеристиками автомобиля МАЗ-509А  и сравнив его с зарубежными  аналогами, с его достоинствами и недостатками, а также исходя из требования обеспечения скоростных и тягово-сцепных качеств автомобиля, в связи с его специфическими условиями работы, можно сказать однозначно- автомобиль МАЗ 509А устарел и требует модернизации. В связи со спецификой работы данного автомобиля целесообразнее будет выбрать в качестве объекта модернизации - редуктор переднего ведущего моста.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Выбор двигателя

2.1  Определение веса  лесотранспортной машины и мощности  двигателя

Достижение необходимых  тяговых и скоростных показателей  лесотранспортной машины возможно только при правильном выборе основных ее параметров. Такими параметрами являются: вес лесотранспортной машины, скорости движения (передаточные числа трансмиссии) и мощность двигателя.

Исходные данные:

Грузоподъёмность автопоезда Q=168 кН;

Тип и состояние дороги: бетон;

Вес прицепа =41,5 кН;

Угол преодолеваемого подъема α = 12°;

Коэффициент сцепления движителя с дорогой =0,5;

Коэффициент сопротивления движению тягача =0,03;

Коэффициент сопротивления движению прицепа =

Колея колес автомобиля В=1,95 м;

Высота автомобиля Н=3 м;

Коэффициент обтекаемости  к_v =0,7 Нс²/м² .

Вес лесотранспортной машины, и мощность ее двигателя зависят от схемы транспортировки груза (рисунок 4).

 Рисунок 4- Функциональная схема транспортировки груза.

Вес машины определяется из формулы:

где - вес прицепа, принимается по прототипу и равен =41,5 кН;

Q – грузоподъёмность автопоезда, которая определяется по формуле:

Q = Q₁+ Q₂, и ровна Q=168 кН. (берется в соответствии с заданием);

-вес части груза, размещенного на тягаче, который определяется по формуле для автомобилей 4К4: Q₁ = (0,7... 0,8) G*= ;

G*- собственная масса тягача, G*=53,9 кН.

Тогда вес части груза  размещенного на прицепе равен:

- коэффициент сопротивления  движению тягача, =0,03;

- коэффициент сопротивления  движению прицепа, =0,03, так как для автомобиля с прицепом можно принять =

- угол преодолеваемого подъема. Максимальный угол подъема для автомобилей    α = 12°;

- коэффициент сцепления движителя  с дорогой  =0,5,так как тип и состояние дороги - бетон;

- коэффициент загрузки ведущих  колес. Для полноприводных автомобилей со всеми ведущими колесами при блокированном приводе λ_к = 1.

   Мощность двигателя лесовозного автомобиля определяется для трёх случаев: при полной нагрузке и максимальном сопротивлении движению; при полной нагрузке и среднем сопротивлении движению; при максимальной скорости движения без нагрузки и минимальном сопротивлении движению по формуле:

где - касательная сила тяги на ведущих колесах:

;

где - сила сопротивления воздуха:

;

где F - лобовая поверхность машины:

,

где В -  колея колес автомобиля, м. Принимается по прототипу, В=1,95 м;

H - высота автомобиля, м. Принимается по прототипу, Н=3 м;

 к_v - коэффициент обтекаемости, к_v =0,7 Нс²/м² ;

 V – скорость автомобиля. Принимается по прототипу и ровна - 60км/ч;

  - к.п.д. трансмиссии принимается по прототипу и равен ;

  - коэффициент использования мощности двигателя;  

Мощность двигателя при  движении в тяжёлых дорожных условиях и минимальной скорости движения с грузом V=0,85 м/с [5] определяется:

Мощность двигателя при  движении в средних дорожных условиях и рабочей скорости движения с грузом V=4 м/с [5] определяется:

Мощность двигателя при движении порожнего автомобиля на максимальной скорости (V=16,7 м/с - максимальная скорость по прототипу) определяется:

Правильность принятия  мощности двигателя проверяется  по величине удельной мощности, (кВт/т):

 кВт/т ,

где  N_е – максимальная  расчетная мощность двигателя, кВт;

       G - вес лесовозного автомобиля без груза, т.

Значения удельных мощностей  N_уд   лесотранспортных машин находятся в пределах (кВт/т):

- лесовозные автомобили с дизельным двигателем: 14,0….23.0.

Значение удельной мощности попадает в указанный предел.

Таким образом, на основе проведенных  расчетов можно сделать вывод  о том, что мощность проектируемого автомобиля практически совпадает  с мощностью прототипа. Следовательно, выбираем двигатель аналогичный прототипу, а именно ЯМЗ-236, техническая характеристика которого приведена в таблице 3.