Городской электрический транспорт. Курсовое и дипломное проектирование
.pdfконструирования и улучшить качество оформления конструкторской документации.
Для выполнения чертежей деталей и сборочных единиц при выполнении дипломного проекта рекомендуется использовать средства двумерного черчения пакета AutoCAD или Solid Edge. При разработке электрических и электронных схем целесообразно применять пакет PCAD.
Для решения задач параметрического геометрического моделирования следует использовать параметрические макросы, разработанные на базе пакета AutoCAD с использованием языка AutoLISP. Наиболее мощной и в то же время достаточно простой, работающей на персональных компьютерах системой геометрического моделирования является пакет T-FLEX CAD, который не просто имеет параметрические возможности, а полностью является параметрической системой, разработанной именно для решения задач параметрического проектирования. Использование данного пакета дает не-плохие результаты и при построении параметрических сборочных чертежей, что позволяет рекомендовать его к использованию при дипломном проектировании.
В основе в т о р о г о подхода лежит пространственная геометрическая модель изделия, которая является более наглядным способом представления оригинала и более мощным и удобным инструментом для решения геометрических задач. Чертеж в этих условиях играет вспомогательную роль, а способы его отображения основаны на методах визуализации пространственной модели.
Для формирования 3-мерных геометрических моделей при дипломном проектировании могут быть использованы системы автоматизированного проектирования UNIGRAPHICS, SOLID EDGE, SOLID WORKS и др., которые функционируют на специализированных гра-фических рабочих станциях.
При проектировании корпусных деталей, кабин, элементов несущих систем, а также деталей сложной геометрической формы необходимо применять метод конечных элементов (МКЭ). Его использование позволит дипломнику решить ряд задач, связанных с исследованием поведения создаваемой конструкции в различных эксплуатационных условиях:
321
–получить распределение напряжений и смоделировать деформации проектируемых элементов под действием заданных нагрузок, что дает возможность выявить наиболее критичные детали, требую-щие доработки;
–при прочностных расчетах смоделировать предельные (аварийные) состояния элементов, приводящие к их разрушению;
–провести динамический анализ поведения проектируемой конструкции в процессе ее эксплуатации, определить собственную частоту ее колебаний, попадание которой в диапазон частот двигателя может привести к резонансу и возникновению вибраций при движении машины;
–осуществить моделирование кинематики (перемещений) отдельных элементов машины.
Анализ конструкций с использованием МКЭ наиболее эффективно осуществлять на базе 3-мерных геометрических моделей, позволяющих автоматизировать процесс разбиения детали на конечные элементы и тем самым повысить производительность и качество оценки, в том числе автоматизировать программирование станков с ЧПУ, что возможно при применении специализированных графических рабочих станций. Возможно использование и отдельных программных средств, реализующих анализ конструкций МКЭ и работающих автономно.
При расчетах методом конечных элементов дипломники могут использовать следующие программы: ANSYS, MSC/NASTRAN, DYTRAN, модули FEMAP пакетов UNIGRAPHICS и SOLID EDGE.
По резуль-татам расчетов с использованием МКЭ в расчетнопояснительной записке приводится конечно-элементная модель с задаваемыми гра-ничными и начальными условиями, а также результаты расчета, предпочтительно в графической форме, с указанием распределения напряжений, деформаций, температур, форм колебаний и других характеристик.
При выполнении дизайнерских проектов следует использовать пакеты 3-D STUDIO, ADOBE PHOTOSHOP, COREL DRAW и др.
Для реализации задач, связанных с разработкой кабин, постов управления машин и др. целесообразно использовать пакеты эргономического анализа, позволяющие манипулировать моделью человека внутри пространства, определяемого узловыми точками, что дает возможность выделить наиболее удачный вариант
322
размещения водителя и пассажиров, специального оборудования, узлов и агрегатов машины. Необходимо осуществить анализ таких эргономических параметров, как обзорность, досягаемость, доступность рабочего места и рабочая поза. Для выполнения данного вида работ можно рекомендовать 3-мерное моделирование.
Для построения графических зависимостей функций одной или двух переменных целесообразно использовать пакет GRAPHER фирмы Golden Software. При этом рекомендуется следующий порядок работы с указанными программными продуктами:
–построение графиков, их сглаживание, формирование осей координат, нанесение сетки осуществлять непосредственно с помощью указанных программ;
–при необходимости импортировать полученные графики в пакеты двумерного черчения, например AutoCAD, где произвести окончательное их оформление в соответствии с требованиями к оформлению расчетно-пояснительной записки.
Текстовые документы и расчетно-пояснительная записка разрабатываются с помощью доступных текстовых редакторов, наиболее удобным из которых является MICROSOFT WORD.
Оформление спецификаций сборочных чертежей может быть автоматизировано с использованием соответствующих средств пакетов AutoCAD, T-FLEX CAD, систем PROENGENEER, UNIGRAPHICS и др.
Реализация задач обработки табличной информации при выполнении разделов дипломного проекта успешно решается с использованием пакета EXCEL.
Разработанная с использованием средств автоматизации графическая и текстовая документация представляется к защите дипломного проекта в виде чертежей, выполненных с помощью плоттеров, и в пояснительной записке. При необходимости при защите проекта часть материала может представляться на компьютере с помощью электронных демонстрационных средств. Для формирования презентаций рекомендуется использовать пакет POWER POINT, а также пакеты создания анимационных роликов,
например, PINNACLES STUDIO 8.
Математическое моделирование в технико-экономическом анализе конструкций следует осуществлять в соответствии со следующими рекомендациями.
323
Конкретные виды, классы изделий могут быть описаны системой показателей – конструктивных, экономических, производственных
ит. д. Однако для дальнейшего использования накопленного опыта проектирования, отраженного в значениях показателей выпускаемых машин, необходимо выполнить определенные процедуры обобщения этого опыта, выявить и проанализировать тенденции, закономерности, взаимосвязи, проявляющиеся в имеющейся совокупности изделий, с тем чтобы, оценив их количественно, использовать при создании новых технических объектов.
Результаты корректного обобщения при интерполировании их на новые проектируемые изделия не только позволяют обоснованно оценить экономический эффект от использования создаваемой машины, но и могут быть использованы при постановке и решении оптимизационных задач выбора отдельных технических параметров
иорганизационных условий производства и эксплуатации.
Для проведения обобщений системы показателей, выраженной в технико-экономических моделях, нужно представить массив данных в виде соответствующих математических моделей. Применительно к технико-экономическому анализу новых изделий математическое моделирование наиболее широко используется при формировании моделей различных расходных показателей (затрат на проектирование, трудоемкости, материалоемкости и себестоимости изготовления, эксплуатационных затрат). При этом приходится разрешать определенное противоречие между сложностью формального описания конкретного класса изделий в виде матрицы различных параметров и показателей и необходимостью упростить получаемые модели для их практического использования. В настоящее время отсутствует строгий алгоритм, который бы позволял получить оптимальную мо-дель автоматически. Зачастую приходится опробовать многие варианты модели, прежде чем удастся найти даже не наилучший, а более или менее удовлетворительный вариант.
Можно выделить ряд обычно выполняемых этапов математического моделирования. Содержание этапов применительно к задачам технико-экономического анализа в общем виде можно представить следующим образом.
1. Определение целей и задач моделирования, разработка концептуальной модели, формирование перечня показателей и параметров,
324
взаимосвязи между которыми интересуют разработчика, а также массива статистических данных. При этом:
•устанавливают показатель, выступающий в виде исследуемой функции (например, себестоимость изделия, приведенные затраты эксплуатации, годовой экономический эффект и т. д.);
•формируют набор параметров и показателей, наиболее полно отражающих характерные свойства данного класса изделий и определяющих (по априорной оценке) значение исследуемой функции;
•разрабатывают технико-экономические модели взаимосвязей параметров и показателей;
•формируют массив статистических данных, соответствующих выбранным параметрам, показателям и классификации изделия.
2. Составление формального описания объекта моделирования. На данном этапе объект моделирования описывается в терминах конкретной области знаний. При этом:
формируют предварительные представления о характере взаимосвязей между параметрами и показателями, описывающими данный класс изделий, например, осуществляется оценка внутренних корреляционных связей между отдельными параметрами, степень их независимости. При этом возможно сокращение числа параметров и показателей за счет исключения из него функционально зависимых или имеющих тесные корреляционные связи параметров и показателей;
устанавливают общий вид зависимостей между показателями. Например, при разработке моделей себестоимости на этом этапе устанавливают форму связи (линейную, нелинейную) между себестоимостью, с одной стороны, и параметрами и показателями –
сдругой, обосновывают общий вид модели.
3. Преобразование формального описания в математическую модель. При этом:
решают задачу наилучшего подбора количественных параметров модели (например, коэффициентов, показателей степеней при разработке корреляционных моделей) с одновременной оценкой ее качества. При этом широко используют методы статистической обработки данных, с помощью которых, например, оценивают существенность отдельных параметров и показателей. Такая оценка позволяет сконструировать модель,
325
наилучшим образом соответствую-щую исходному статистическому материалу;
рассматривают возможность перенесения закономерностей, отражаемых полученной моделью, на конкретный класс изделий, подвергавшийся исследованиям, т. е. рассматривается возможность перенесения выводов, сделанных по выборке (конкретным моделям изделий, включенным в анализ), на генеральную совокупность (включая и новые проектируемые изделия).
4. Исследование характеристик модели.
В этом случае по результатам эталонного тестирования намечают меры по улучшению качества модели (степени достоверности, адекватности и т. д.), в основе которых, например, лежит выбор иной формы связи между себестоимостью и параметрами изделий, изменение первоначальной схемы классификации и соответствующего ей массива статистических данных и т. д.
8. РАЗРАБОТКА ОСНОВНЫХ РАЗДЕЛОВ ДИПЛОМНОГО ПРОЕКТА
Рекомендованный перечень вопросов раздела расчетной части пояснительной записки:
–мощностный баланс;
–расчеты массогабаритных параметров;
–определение кинематики;
–расчеты тягово-динамических характеристик;
–определение основной компоновки и расчеты координат центра масс;
–проектировочные расчеты электропривода (определение мощности и выбор электродвигателя и системы управления). Выбор схемы привода к ведущим колесам;
–проектировочные расчеты элементов механических передач, выбор передаточных отношений и чисел зубьев зубчатых передач; геометрические расчеты зубчатых передач;
–приближенное определение динамических нагрузок по статистическим данным, эмпирическим формулам, расчетам;
–расчетное определение нагрузочного режима;
326
–проверочный расчет зубчатых передач на усталость и прочность;
–расчет подшипников;
–расчет фрикционных элементов;
–расчет валов и шлицевых соединений;
–расчет рычажных механизмов (например, рулевого привода);
–расчет гидравлических (электрогидравлических, электрических
идр.) систем управления;
–расчет систем виброзащиты, систем кондиционирования воздуха в пассажирском салоне и системы отопления, звукоизоляции и звукопоглощения.
8.1. Нагрузочный режим электромеханической трансмиссии транспортной машины
При проектировании электромеханической трансмиссии необходимо определить ее кинематическую схему, т. е. пути и способы подвода мощности от электродвигателя до колес. Различают бортовые и мостовые схемы, причем и те и другие могут быть с блокированным, дифференциальным или смешанным приводом. Кроме того, выпускают изделия, имеющие не один, а несколько электродвигателей, каждый из которых приводит во вращение группу ведущих колес или мостов.
Тяговым электроприводом ведущих колес ходовой части изделия ГЭТ называют устройство для управляемого преобразования электрической энергии в механическую (в режиме тяги) или механической в электрическую (в режиме реостатного или рекуперативного торможения). Механическая энергия привода расходуется на создание на ведущих колесах крутящего момента, обеспечивающего поступательное движение изделия. Электропривод троллейбуса состоит из электродвигателя и тяговой механической передачи, включающей карданное соединение и ведущий мост с редуктором. Применение колесного планетарного редуктора позволяет обеспечить оптимальный режим работы тягового двигателя и за счет этого снизить удельные весовые показатели и габариты трансмиссии в целом.
Тяговые передачи троллейбусов классифицируются:
– по количеству ведущих мостов;
327
–количеству тяговых электродвигателей:
–расположению тяговых электродвигателей на шасси;
–типу и расположению элементов редуктора.
Наибольшее распространение получили тяговые передачи с одним и двумя ведущими мостами. Троллейбусы выполняются с одним, двумя и, в редких случаях, четырьмя тяговыми электродвигателями. В зависимости от их расположения относительно заднего ведущего моста различают троллейбусы: с расположением электродвигателей передним, задним и с расположением внутри ведущих колес.
На рис. 8.1 приведены основные схемы тяговой передачи с одним ведущим мостом. Наибольшее распространение получила схема (рис. 8.1, а), в которой передача имеет один тяговый электродвигатель расположенный впереди ведущего моста. Крутящий момент от электродвигателя 1 к ведущим колесам 2 передается карданным валом 3 и на двойную разнесенную главную передачу, состоящую из центрального конического редуктора 4, межколесного дифференциала 5 и планетарных передач 6, размещенных в ступицах колес. а
б
в
Рис. 8.1. Схемы тяговой передачи троллейбусов с одним ведущим мостом
328
При заднем расположении тягового электродвигателя (позади ведущего моста) крутящий момент от электродвигателя передается к ведущим колесам 2 аналогично как и по схеме на рис 8.1, а. Как правило, заднее расположение электродвигателя предопределяет и заднее расположение тяговой электроаппаратуры. В этом случае достигается минимальная протяженность электропроводки, улучшается изоляция и уменьшается утечка тока.
На рис. 8.1, в показана тяговая передача с электродвигателями 1, расположенными впереди ведущего моста. От каждого двигателя вращающий момент через карданные передачи 3 и редукторы 7 передастся к одному из ведущих колес. К преимуществам такой схемы относится отсутствие механической дифференциальной связи между ведущими колесами, что позволяет более полно использовать тяговые свойства троллейбуса, так как при буксовании одного колеса второе продолжает развивать максимальную касательную силу тяги. Передачи с двумя тяговыми электродвигателями позволяют существенно понизить уровень пола в троллейбусе благодаря меньшим размерам двигателей и редукторов. Недостатками такой передачи являются некоторое увеличение веса и удорожание оборудования.
На рис. 8.2 показаны схемы тяговой передачи троллейбусов с двумя ведущими мостами. Схема (рис. 8.2, а) содержит один тяговый электродвигатель 1, расположенный впереди двух задних ведущих мостов, который передает мощность через карданные передачи 3, межосевой дифференциал 7, главные передачи 4, межколесные дифференциалы 5 и конечные передачи 6 к ведущим колесам 2 среднего и заднего ведущего моста. При установке межосевого и межколесных дифференциалов все четыре движущих колеса получают от тягового электродвигателя 1/4 часть мощности (без учета внутреннего трения в дифференциале) независимо от режима их работы. В частности, при попадании одного из колес на участок дороги с низким коэффициентом сцепления и его проскальзывании падает не только мощность, реализуемая этим колесом, но и мощность, реализуемая остальными ведущими колесами. В этом, как известно, состоит основной недостаток всех приводов дифференциального типа.
а
329
б
Рис. 8.2. Схемы тяговой передачи троллейбусов с двумя ведущими мостами
На рис. 8.2, б показана тяговая передача с продольным расположением двух электродвигателей впереди ведущих мостов. Каждый из них передает тяговый момент к ведущим колесам 2 одного из мостов через карданную передачу 3, главную передачу 4, межколесный дифференциал 5 и конечную передачу 6.
Тяговая передача принадлежит к ответственным частям механического оборудования современного троллейбуса. К ней предъявляются следующие требования:
–отсутствие шума, в том числе при передаче больших значений вращающих моментов и при значительной частоте вращения якоря тягового электродвигателя;
–возможность реализации значительных передаточных чисел при минимальных размерах редуктора;
–достаточно высокий КПД;
–простота конструкции и относительно низкая стоимость изготовления механизмов и устройств;
–высокая износостойкость деталей и узлов;
–высокая работоспособность механизмов, обеспечивающая бесперебойную эксплуатацию троллейбуса;
–простота и экономичность технического обслуживания.
330