XV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Конструирование модифицированного багги для эксплуатации в условиях среднегорья
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Багги – это рамный автомобиль небольшого веса, с большой проходимостью и низким центром тяжести. Все эти показатели позволяют водителю наслаждаться ездой в экстремальных условиях. Мощная подвеска, цепкая резина и короткая база позволяют гонять по местности, которая совсем не предназначена для этого.
Багги - отличное решение для передвижения по пересеченной местности в том числе в условиях среднегорья Многофункционального Туристического Центра Уреньга и для активного отдыха.
Для обслуживания туристической и спортивной трасс на многофункциональном Центре будут использоваться модифицированные багги с увеличенными размерами колес, сконструированные специально для эксплуатации в условиях среднегорья обучающимися объединения «Спортивное техническое конструирование. Багги».
Пояснительная записка
Актуальность исследования: на сегодняшний день появилась потребность в транспортных средствах для транспортировки туристов и спортсменов по трассам Многофункционального туристического центра «Уреньга». В связи с тем, что передвижение на автомобилях в условиях среднегорья является экстремальными видами досуга, а экстремально значит небезопасно, было принято решение изготовить модель автомобиля «БАГГИ» для повышения безопасности водителя и пассажиров и провести математический расчет каркаса безопасности, геометрии подвески для повышения эффективности ее работы в условиях среднегорья туристических маршрутов Многофункционального туристического центра «Уреньга». Для повышения безопасности пассажиров была расширена колесная база, для улучшения сцепления с дорогой были использованы колеса с мягкой резиной увеличенного диаметра с протектором для бездорожья, а полная независимая подвеска всех четырех колес и полный привод обеспечивают хорошую проходимость. Правильно проведенный математический расчет также влияет на проходимость и скорость автомобиля.
Цель учебного исследования:
Изготовить и испытать автомобиль марки «Багги», предназначенный для безопасной эксплуатации на пересеченной местности в условиях среднегорья на МТЦ «Уреньга».
Для достижения цели необходимо решить
задачи:
Изучить литературу по исследуемой теме;
Изучить функциональное значение, строение и свойства
узлов и агрегатов автомобиля «Багги»;
Изучить технологию сборки подвески колес автомобиля;
Произвести расчеты геометрии подвески автомобиля с учетом увеличенных колес;
Составить кинематическую схему автомобиля, с учетом расчетов;
Изготовить опытный образец автомобиля «Багги»;
Испытать безопасность автомобиля «Багги» на пересеченной местности в условиях среднегорья на МТЦ «Уреньга».
Объект исследования: конструктивные особенности автомобиля марки «Багги»
Субъект исследования: модифицированная подвеска автомобиля «Багги»
Предмет исследования: варианты изменения конструкции автомобиля марки «Багги» и математический расчет подвески колес.
Гипотеза: за счет усиления проходимости автомобиля «Багги», повысить безопасность водителя и пассажиров на туристических маршрутов МТЦ «Уреньга».
В исследовательской работе использованы аналитические расчеты и экспериментальный метод исследования.
Основная часть
Проанализировав материалы из раннее опубликованных источников, были сделаны выводы, что для достижения желаемого результата необходимо построить автомобиль «Багги» с двигателем от отечественного автомобиля ВАЗ с независимой подвеской на увеличенных колёсах для перевозки двух человек, груза небольшого веса а так же для транспортировки прицепной тележки или саней, если эксплуатация багги будет проходить в зимнее время года.
Техническое задание на проектирование полноприводного автомобиля
1. Наименование, шифр и область применения
Шасси автомобиля – спортивный полноприводный автомобиль для передвижения по пересечённой местности
Шифр образца – НЛ-4901
Спортивный транспорт
2. Основание для разработки
Основанием для разработки является инициатива частного лица.
3. Конструктивные требования
3.1. База автомобиля – 2600...2900 (ориентировочно.Предпочтительнее 2600 мм).
3.2. Колея автомобиля – 1560/1500 мм.
3.3. Дорожный просвет при полной массе транспортного средства – не ниже 300...350 мм.
3.4. Расположение силового агрегата – над передним мостом.
3.5. Снаряжённая масса автомобиля – до 1200 кг (проект).
3.6. Число мест для сидения:
3.6.1. Вариант 1 – 4 полноценных сиденья.
3.6.2. Вариант 2 – 2 полноценных сиденья, 2 сиденья со складными спинками для формирования ровной поверхности для доступа к люку.
3.7. Колёсная формула автомобиля – 4х4. Углы въезда и съезда максимально большие.
3.8. Подвеска полностью независимая.
3.9. Кузов открытый (багги). Над задними сиденьями расположен люк.
4. Требования к составным частям автомобиля
Двигатель автомобиля – бензиновый, жидкостного охлаждения. Компоновка блока двигателя – R4/V6. Объём двигателя 2000...3000 см3.
Коробка передач автомобиля – автоматическая, 4-х или 5-и диапазонная.
Раздаточная коробка – двухступенчатая, с пониженной передачей. РК обеспечивает постоянный привод на задний мост, передний мост подключается по требованию.
Редуктор переднего и заднего моста – взаимозаменяемые. Задний редуктор с возможностью блокировки дифференциала для увеличения проходимости.
Система питания – топливные баки должны быть размещены вне салона автомобиля и закрыты сплошной противопожарной стенкой. В конструкции кузова должны быть предусмотрены люки для обслуживания топливного фильтра, топливного насоса. Для повышения живучести автомобиля, в топливной системе должен быть установлен дополнительный топливный насос для резервного питания двигателя.
Система охлаждения – Радиатор размещён перед передней осью автомобиля. Шланги СО подбираются индивидуально, в связи с изменённой компоновкой моторного отсека. Кроме штатного вентилятора охлаждения радиатора должен быть установлен дополнительный вентилятор с принудительным включением.
Шасси автомобиля – пространственная рама из труб. Каждое место должно быть оборудовано ремнями безопасности. На раме автомобиля должна быть размещена канистра с запасом топлива. Запасное колесо расположено сзади.
Электрооборудование – на приборной панели должны быть выведены контрольные приборы. Автомобиль должен быть оснащён фарами головного света и габаритными огнями для кратковременного перемещения по дорогам общего пользования. Все фары должны включаться отдельными выключателями. Стоп-сигналы могут отключаться отдельным выключателем.
Аккумуляторная батарея должна иметь дистанционный выключатель и иметь кожух для предотвращения выливания электролита при опрокидывании автомобиля.
Шины – 235/75 R15 или 235/75 R16.
Подвеска – полностью независимая на поперечных А-образных рычагах. Поворотные кулаки – оригинальные, учитывающие особенности кинематики и геометрии подвески. Ступицы, тормозные диски, суппорты, шланги – от стандартных автомобилей.
Рулевое управление – травмобезопасное, с гидроусилителем.
Концепция багги
Автомобиль построен на базе трубчатой пространственной рамы.
Трансмиссия. Для обеспечения передвижения с высокими средними скоростями по пересечённой местности применяется автоматическая коробка передач. Данная АКПП позволит сосредоточиться на управлении транспортным средством в сложных условиях движения без использования сцепления и разрыва потока мощности. За счёт применения раздаточной коробки с пониженной передачей появляется возможность ехать не предельно малых скоростях без отвлечения на переключение передач и выжима сцепления. Блокировка дифференциала заднего моста при подключенном переднем мосте позволит преодолевать максимально трудные участки дороги или перемещаться вне дорог.
Подвеска. Ввиду требований, предъявленных заказчиком, подвеска проектируется оригинальной под конкретные условия эксплуатации. Поворотные кулаки оригинальные (корпус), в которые устанавливаются стандартные запчасти (шаровые опоры, ступицы и т.д.). Рычаги – оригинальные, так как транспортное средство проектируется для передвижения по пересечённой местности с достаточно высокими средними скоростями.
Рычаги качаются на сферических шарнирах, закрытых от окружающей среды и заполненных смазкой для предотвращения выхода из строя. Ресурс данных шарниров составляет пробег, эквивалентный 100 000 км. Для обеспечения высоких скоростей перемещения используются амортизаторы с большим ходом и жёсткой характеристикой демпфирования.
Электрооборудование. Аккумуляторная батарея должна быть оборудована дистанционным выключателем. Запуск электростартера – с кнопки, с предотвращением запуска стартера при работающем двигателе. Все приборы освещения включаются отдельными выключателями:
- габаритные огни;
- ближний свет;
- дальний свет;
- дополнительные фары на крыше автомобиля;
- лампа освещения салона;
- лампа штурмана.
Запасные инструменты и принадлежности
ЗИП должен включать:
- по одному рычагу;
- валы приводов (2 для передней оси и 2 для задней оси);
- топливный насос, подключенный в общий топливопровод с подачей питания при выходе основного топливного насоса;
ЗИП укладывается в специально отведённое место на транспортном средстве.
Прежде чем приступать к работе, нужно сделать примерный чертёж автомобиля. Необходимо понимать, что будет построено и из чего, хотя бы общая концепция автомобиля. Сколько времени уйдёт на поиск идей и воплощения задумки на бумаге – это зависит от многих факторов.
Рис. 1. Примерный чертеж автомобиля
Алгоритм работ по чертежам следующий:
1. Для начала нужно иметь на руках необходимое количество распечатанных картинок с подобными багги. Это позволит наглядно видеть все машины с разных ракурсов, надо постоянно смотреть по-новому на эти машины – это позволит глазу меньше «замыливаться». Нельзя всё время смотреть на эти машины и пытаться что-то рисовать. Необходимо давать себе отдых, надо чтобы мозг занимался другими проблемами и идея багги сидела в подсознании. Это позволит мозгу лучше продумывать концепцию багги. Если через некоторое время взять в руки черновики, то решение само придёт.
При использовании агрегатов от переднеприводных автомобилей с поперечным расположением силового агрегата схема багги будет следующей:
2. Необходимо иметь на руках линейку, транспортир, два угольника (это позволит рисовать параллельные линии. По распечатке рисовать лучше гелевыми ручками или грифельными карандашами. Обычная ручка быстро забивается порошком, нанесённым на лист бумаги при печати (если принтер лазерный).
3. Необходимо найти в интернете и выписать полную техническую характеристику багги, чтобы по этим параметрам можно было привязать любой размер к своему чертежу.
4. Надо задать отправную точку, начало системы координат. Так как целесообразно начинать компоновку от салона, то за нулевую точку следует принять переднее крепление салазок водительского сиденья. Можно взять за отправную точку положение моторного отсека, ось переднего колеса, вообще любую другую точку, от которой проще все считать.
5. Исходя из параметров той багги, с которой копируются пропорции, уточняются параметры багги. Надо учесть, что при отступлении от применяемых агрегатов, узлов и деталей, меняются кое-какие параметры.
На нашем автомобиле будут установлены колёса 680. У нас изменится внешний вид машины, дорожный просвет, настройка подвески. Кроме этих параметров могут меняться и другие – надо смотреть в каждом случае что и как меняется.
Вывод
Исследование имеет экономический эффект, так как автомобиль построенный на базе отечественных запасных частей в дальнейшем может получить экономию на обслуживание и ремонт, в отличии от импортных производителей.
Список литературы:
1. Автомобильный спорт. Правила соревнований. Официальное издание. М.: ДОСААФ СССР. - 1987 г. – 136 с.
2. Андреев, И. П. Пять вопросов пионерам баггистроения./ И.П Андреев.// Техника — молодежи. - 1974. - № 7.
3. Багги своими руками. Специальный выпуск приложения к журналу «Юный техник». – 1986. - № 6.
4. Богданов, О.С, Цыганков, Э.К. Основы мастерства/О.С. Богданов, Э.К. Цыганков.М.: ДОСААФ. - 1986г.
5. Винтов, А.Н.. Ухабы на трассе./Винтов А.Н.// Техника — молодежи, - 1975, - № 4
6. Г а с сан, В. «Багги-350» — спортивный автомобиль шестнадцатилетних./ В. Гассан //Моделист-конструктор. - 1971,. - № 1.
7. Г р и г о р ь е в, С. Т. Победная трасса Яна Тилька./С.Т. Григорьев // Моделист-конструктор. – 1976. - №11.
8. Е г о р о в, В.И. Багги — подросток./В.И. Егоров // Техника — молодежи. - 1974. - № 8.
9. Е г о р о в, В.И Стартуют багги/ В.И. Егоров // Моделист-конструктор. - 1976. - № 3.
10 .Егоров, В. И «Москвиченок-багги» для учебы и спорта /В.И. Егоров // Моделист-
конструктор. – 1980. - № 3.
11.Егоров, В.И. Новичок в семье багги./В.И. Егоров // Техника — молодежи. - 1984. - № 1.
12. Егоров, В. И. Бездорожье - его стихия/ В.И. Егоров // Техника - молодежи - 1973. - № 13. М у с с а т о в, С.С. Строим багги./С.С. Мусатов // За рулем. – 1985. - №
14. Назаров, М. М. Специальные кроссовые автомобили-багги/М.М. Назаров.— М.: ДОСААФ, 1980 – 231 с
15.Орлов, Ю.Б. Автомобильный и мотоциклетный кружки. /Ю.Б. Орлов. М.: «Просвещение». - 1988 г. – 245 с.
16. Пополов, А.С. Давай изобретем автомобиль /А.С. Пополов. М.: Изд-во «Патриот». -1991 г. – 237 с.
17. Сабинин, А.А. Автомобиль и дорога /А.А. Сабинин. М.: ДОСААФ СССР. - 1983 г. – 213 18.. Сингуринди, Э. Г. Автомобильный спорт: /Э.Г. Сингуринди. В 2 ч.- М.,: ДОСААФ, Ч. 1., 1982.- 304 с.
19. Сингуринди, Э. Г. Автомобильный спорт: /Э.Г. Сингуринди. В 2 ч.- М.: ДОСААФ, Ч. 2., 1986.- 384 с.
20.Технология металлов и конструкционные материалы: Учебник для машиностроительных техникумов / Б. А. Кузьмин, Ю. Е. Абраменко, М. А. Кудрявцев и др.; Под общ. ред. Б. А. Кузьмина. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Машиностроение. - 1989. — 496 с.: ил.
21. Титов, Б.Е. Начнем с нуля./ Б.Е. Титов //Моделист-конструктор. - 1985. - № 12.
22.Устройство, техническое обслуживание и ремонт легковых автомобилей. М.: Изд. центр “Академия”, 1998. - 544 с, ил.
23. Ушаков, С.В.Ежегодник автомобильного спорта в 3 т. Т.1 Базовые документы/ Ушаков С.В.(составление, редакция), ОАО «Типография «Новости». - 2008 г. - 240 с.