Разработка регулятора и имитационной модели пневматической тормозной системы автопоезда

Назначение тормозной системы автомобиля

Тормозная система служит для снижения скорости и быстрой остановки автомобиля, а также для удержания его на месте при стоянке Наличие надежных тормозов позволяет увеличить среднюю скорость движения, а следовательно, эффективность при эксплуатации автомобиля. К тормозной системе автомобиля предъявляются высокие требования. Она должна обеспечивать возможность быстрого снижения скорости и полной остановки автомобиля в различных условиях движения. На стоянках с продольным уклоном до 16% полностью груженый автомобиль должен надежно удерживаться тормозами от самопроизвольного перемещения.

Автомобили и автопоезда КамАЗ оборудованы четырьмя автономными тормозными системами: рабочей, запасной, стояночной, вспомогательной и приводом аварийного растормаживания.

Хотя эти системы имеют общие элементы, работают они независимо и обеспечивают высокую эффективность торможения в любых условиях эксплуатации.

Рабочая тормозная система предназначена для уменьшения скорости движения автомобиля или полной его остановки. Тормозные механизмы рабочей тормозной системы установлены на всех десяти колесах автомобиля. Привод рабочей тормозной системы — пневматический двухконтурный, он приводит в действие раздельно тормозные механизмы передней оси и задней тележки автомобиля. Управляется привод ножной педалью, механически связанной с тормозным краном. Исполнительными органами привода рабочей тормозной системы являются тормозные камеры.

Запасная тормозная система предназначена для плавного снижения скорости или остановки движущегося автомобиля в случае полного или частичного выхода из строя рабочей системы.

Стояночная тормозная система обеспечивает торможение неподвижного автомобиля на горизонтальном участке, а также на уклоне и при отсутствии водителя.

Стояночная тормозная система на автомобилях КамАЗ выполнена как единое целое с запасной и для ее включения рукоятку ручного крана следует установить в крайнее (верхнее) фиксированное положение.

Привод аварийного растормаживания обеспечивает возможность возобновления движения автомобиля (автопоезда) при автоматическом его торможении из-за утечки сжатого воздуха, аварийной сигнализацией и контрольными приборами, позволяющими следить за работой пневмопривода.

Таким образом, в автомобилях КамАЗ, тормозные механизмы задней тележки являются общими для рабочей, запасной и стояночной тормозных систем, а две последние имеют, кроме того, и общий пневматический привод.

Система тормозная вспомогательная автомобиля служит для уменьшения нагруженности и температуры тормозных механизмов рабочей тормозной системы. Вспомогательной тормозной системой на автомобилях КамАЗ является моторный тормоз-замедлитель, при включении которого перекрываются выпускные трубопроводы двигателя и отключается подача топлива (.

Аварийная система растормаживания предназначена для оттормаживания пружинных энергоаккумуляторов при их автоматическом срабатывании и остановке автомобиля вследствие утечки сжатого воздуха в приводе. Привод системы аварийного растормаживания сдублирован: кроме пневматического привода имеются винты аварийного оттормаживания в каждом из четырех пружинных энергоаккумуляторов, что позволяет растормозить последние механическим путем.

Система аварийной сигнализации и контроля состоит из двух частей:

а) световой и акустической сигнализации о работе тормозных систем и их приводов.

б) клапанов контрольных выводов, с помощью которых производится диагностика технического состояния пневматического тормозного привода, а также (при необходимости) отбор сжатого воздуха.

В различных точках пневматического привода встроены пневмоэлектрические датчики, которые при действии любой тормозной системы, кроме вспомогательной, замыкают цепи электрических ламп «стоп-сигнала». Датчики падения давления установлены в ресиверах привода и при недостаточном давлении в последних замыкают цепи сигнальных электрических ламп, расположенных на панели приборов автомобиля, а также цепь звукового сигнала (зуммера).

Задачей данной дипломной работы является разработка регулятора и имитационной модели пневматической тормозной системы автопоезда.

1. Техническое задание

Таким образом, необходимо построить имитационную модель системы управления тормозами колес грузового автомобиля (автопоезда) и исследовать регулятор антиблокировочной системы на этой модели. В качестве конкретного объекта исследования рассмотрен автомобиль КамАЗ — 53 215 (в частности, в связи с доступностью исходных данных, представленных в открытой литературе).

Автомобили КамАЗ предназначены для работы во всех отраслях народного хозяйства. Объединением КамАЗ, включающим 10 основных заводов, выпускаются автомобили колесных формул 4Ч2, 6Ч4 и 6Ч6 — для эксплуатации на дорогах с различным покрытием и полноприводные — по бездорожью. Также выпускается специализированная техника на базе этих автомобилей (банковские, пожарные, строительные — подъемные краны, бетоносмесители).

На рисунке 1 представлена схема автомобиля КамАЗ-53 215 с колесной формулой 6Ч4, предназначенного для перевозки грузов массой до 10 тонн по дорогам с улучшенным покрытием в составе автопоезда (с прицепом).

Рисунок 1. Схема автомобиля КамАЗ-53 215 с колесной формулой 6Ч4

Таблица 1.1 Технические характеристики автомобиля КамАЗ-53 215

2. Устройство тормозной системы

Устройство пневматического привода тормозов

Источником сжатого воздуха в приводе является компрессор. Компрессор, регулятор давления, предохранитель от замерзания конденсата, конденсационный ресивер составляют питающую часть привода, из которой очищенный сжатый воздух под заданным давлением подается в необходимом количестве в остальные части пневматического тормозного привода и к другим потребителям сжатого воздуха Пневматический тормозной привод разбит на автономные контуры, отделенные друг от друга защитными клапанами. Каждый контур действует независимо от других контуров, в том числе и при возникновении неисправностей. Пневматический тормозной привод состоит из пяти контуров, разделенных одним двойным и одним тройным защитными клапанами.

Контур I привода рабочих тормозных механизмов передней оси состоит из части тройного защитного клапана, ресивера вместимостью 20 л с краном слива конденсата и датчиком падения давления в ресивере, части двухстрелочного манометра, нижней секции двухсекционного тормозного крана, клапана контрольного вывода, клапана ограничения давления; двух тормозных камер, тормозных механизмов передней оси тягача, трубопроводов и шлангов между этими аппаратами.

Кроме того, в контур входит трубопровод от нижней секции тормозного крана до клапана управления тормозными системами прицепа с двухпроводным приводом.

Контур II привода рабочих тормозных механизмов задней тележки состоит из части тройного защитного клапана, ресиверов общей вместимостью 40 л с кранами слива конденсата и датчиком падения давления в ресивере, части двухстрелочного манометра, верхней секции двухсекционного тормозного крана, клапана контрольного вывода, автоматического регулятора тормозных сил с упругим элементом, четырех тормозных камер, тормозных механизмов задней тележки (промежуточного и заднего мостов), трубопроводов и шланга между этими аппаратами. В контур входит также трубопровод от верхней секции тормозного крана к клапану управления тормозными механизмами с двухпроводным приводом.

Контур III привода механизмов запасной и стояночной тормозных систем, а также, комбинированного привода тормозных механизмов прицепа (полуприцепа) состоит из части двойного защитного клапана, двух ресиверов общей вместимостью 40 л с краном слива конденсата и датчиком падения давления в ресиверах, двух клапанов контрольного вывода, ручного тормозного крана, ускорительного клапана, части двухмагистрального перепускного клапана, четырех пружинных энергоаккумуляторов, тормозных камер, датчика падения давления в магистрали пружинных энергоаккумуляторов, клапана управления тормозными механизмами прицепа с двухпроводным приводом, одинарного защитного клапана, клапана управления тормозными механизмами прицепа с однопроводным приводом, трех разобщительных кранов, трех соединительных головок, головки однопроводного привода тормозных механизмов прицепа и двух головок двухпроводного привода тормозных механизмов прицепа, двухпроводного привода тормозных механизмов прицепа, пневмоэлектри-ческого датчика «стоп-сигнала», трубопроводов и шлангов между этими аппаратами. Следует отметить, что пневмоэлектрический датчик в контуре установлен таким образом, что он обеспечивает включение ламп «стоп-сигнала» при торможении автомобиля не только запасной (стояночной) тормозной системой, но и рабочей, а также в случае выхода из строя одного из контуров последней.

Контур IV привода вспомогательной тормозной системы и других потребителей не имеет своего ресивера и состоит из части двойного защитного клапана, пневматического крана, двух цилиндров, привода заслонок, цилиндра, привода рычага, остановы двигателя, пневмоэлектрического датчика, трубопроводов и шлангов между этими аппаратами.

От контура IV привода механизмов вспомогательной тормозной системы сжатый воздух поступает к дополнительным (не тормозным) потребителям; пневмосигналу, пневмогидравлическому усилителю сцепления, управлению агрегатами трансмиссии и пр.

Контур V привода аварийного растормаживания не имеет своего ресивера и исполнительных органов. Он состоит из части тройного защитного клапана, пневматического крана, части двухмагистрального перепускного клапана, соединяющих аппараты трубопроводов и шлангов.

На рисунке 2 представлена схема пневматического привода тормозных механизмов автомобилей КамАЗ-53 215.

Рисунок 2. Схема пневматического привода тормозных механизмов автомобилей КамАЗ-53 215

На этом рисунке обозначено: 1 — тормозные камеры типа 24; 2 (А, В, С) — контрольные выводы; 3 — пневмоэлектрический выключатель элетромагнитного клапана прицепа; 4 — кран управления вспомогательной тормозной системой; 5 — двухстрелочный манометр; 6 — компрессор 7 — пневмоцилиндр привода рычага останова двигателя; 8 — водоотделитель; 9 — регулятор давления; 11 — двухмагистральный перепускной клапан; 12−4-х контурный защитный клапан; 13 — кран управления стояночной тормозной системой; 14 — теплообменник; 15 — двухсекционный тормозной кран; 17 — пневмоцилиндры привода заслонок механизма вспомогательной тормозной системы; 18 — ресивер контура I; 19 — ресивер потребителей; 20 — выключатель сигнализатора падения давления; 21 — ресивер контура III; 22 — ресиверы контура II; 23 — кран сливг конденсата; 24 — тормозные камеры типа 20/20 с пружинными энергоаккумуляторами; 25, 28 — ускорительные клапаны; 26 — клапан управления тормозными системами прицепа с двухпроводным приводом; 27 — выключатель сигнализатора стояночной тормозной системы; 29 — клапан управления тормозными системами прицепа с однопроводным приводом; 30 — автоматические соединительные головки; 31 — соединительная головка типа A; R — к питающей магистрали двухпроводного привода; Р — к соединительной магистрали однопроводного привода; N — к управляющей магистрали двухпроводного привода; 31 — датчик падения давления в ресиверах I контура; 32 — датчик падения давления в ресиверах II контура; 33-датчик стоп — сигнала; 34-кран экстренного растормаживания.

Для улучшения влагоотделения в питающей части тормозного привода автомобилей моделей 53 212, 53 213 на участке компрессор — регулятор давления дополнительно предусмотрен влагоотделитель, установленный на первой поперечине автомобиля в зоне интенсивного обдува. С этой же целью на всех моделях автомобиля КамАЗ на участке предохранитель — защитные клапаны от замерзания предусмотрен конденсационный ресивер вместимостью 20 л.

Для наблюдения за работой пневматического тормозного привода и своевременной сигнализации о его состоянии и возникающих неисправностях в кабине на щитке приборов имеются пять сигнальных лампочек, двухстрелочный манометр, показывающий давление сжатого воздуха в ресиверах двух контуров (I и II) пневматического привода рабочей тормозной системы, и зуммер, сигнализирующий об аварийном падении давления сжатого воздуха в ресиверах любого контура тормозного привода.

3. Математическая модель системы управления

Математическая модель системы управления тормозами колес автомобиля, содержащая только основные элементы из присутствующих на рисунке 2 имеет следующий вид Рисунок 3. Функциональная схема контура управления колесом автомобиля Далее будут рассмотрены математические и имитационные модели основных элементов схемы на приведенном выше рисунке.

3.1 Математическая модель колеса

Через колесо передаются силы, которые удерживают автомобиль на дороге, тормозят его, участвуют в изменении направления движения.

Динамика качения тормозного колеса определяется по формуле

(3.1)

Где

— - момент инерции колеса (Кг/м);

— - угловая скорость колеса (рад/с);

—момент сцепления колеса с поверхностью (Нм);

— тормозной момент (Нм).

Момент инерции вычисляется по формуле

(3.2)

Где

—  - масса колеса;

— R — наружный радиус колеса;

Максимальный момент сцепления между протектором колеса и дорожным покрытием выражается формулой: (3.3)

— коэффициент сцепления колеса с поверхностью дорожного полотна;

R_к — геометрический радиус колеса;

— полный вес автомобиля;

Рисунок 4. Схема сил, действующих на колесо при торможении

Полный вес автомобиля определяется по формуле

(3.4)

Момент силы сцепления одного колеса с дорогой равен

(3.5)

Коэффициент сцепления является величиной переменной. Изменяясь в довольно широких пределах, он в каждом конкретном случае загрузки колеса может достигать предельного значения .

3.2 Математическая модель тормоза

Для получения минимального тормозного пути необходимо, чтобы максимальный момент, создаваемый тормозом, был равен предельному моменту сил сцепления:

Принимая во внимание тот факт, что условия работы тормозных механизмов не всегда являются идеальными целесообразно заложить в тормозной механизм запас по получаемому тормозному моменту. Для того, чтобы можно было реализовать максимальный коэффициент сцепления, максимальный тормозной момент должен быть больше максимально возможного момента сцепления скажем на 20 процентов, т. е. принимаем что Мтmax=1.2Мсцmax

3.3 Математическая модель педали управления вместе с тормозом

Для управления тормозами используется ножной тормоз. Водитель, надавливая на педаль тормоза, будет устанавливать необходимое замедление автомобиля.

Передаточная функция педали вместе с тормозом будем считать передаточной функцией исполнительного механизма, и запишем ее в следующем виде:

(3.6)

Где Ким — коэффициент передачи исполнительного механизма, Тим — постоянная времени исполнительного механизма.

3.4 Математическая модель рамы автомобиля

Математическая модель рамы представляет собой описание движения подвижной точки с центром, размещенным в центре масс автомобиля. На раму влияют все силы, действующие на части автомобиля, она выступает связующим звеном между ними.

(3.7)

Если пренебречь лобовым сопротивлением, то

(3.8)

3.5 Математическая модель регулятора

В системе тормоза будет использоваться регулятор по скольжению. Особенно неблагоприятным является уменьшение сцепления колеса вследствие скольжения при торможении, когда колесо блокируется. При этом не только снижается величина коэффициента сцепления, но и теряется управляемость автомобиля.

Рисунок 5. Зависимость коэффициента сцепления от скольжения.

Кривая сцепления, реализованная в имитационной модели, аналогична приведенной на рисунке 5, однако, участок справа от экстремума горизонтален.

При рассмотрении качения колеса большее практическое значение имеет не скорость вращения (качения), а скольжение колеса.

— скольжение колеса;

— угловая скорость тормозного колеса;

— угловая скорость нетормозного колеса;

— радиус колеса;

— линейная скорость автомобиля;

4. Регулятор

Надежную работу и хорошее качество регулирования обеспечивает использование алгоритмов работающих по скольжению колеса. Их суть состоит в формировании сигнала опорной скорости, как бы соответствующей скорости идеально тормозящего колеса (тормозящего с максимальным коэффициентом сцепления).

Рисунок 6. Структурная схема регулятора тормозной системы Наиболее простым является алгоритм САА, основанный на сравнении текущего замедления колеса с некоторой заранее выбранной уставкой. Это обусловлено тем, что при попадании тормозного колеса на правый, неустойчивый склон характеристики сцепления замедление сильно увеличивается. Таким образом, появляется возможность выбрать такое значение замедления, которое свидетельствует о начале блокирования колеса.

Принцип управления по замедлению иллюстрируется эпюрами на рисунке 16. При нажатии на тормозную педаль возникает сигнал от задатчика тормозного давления Uл, и тормозное давление Рт начинает расти до максимально возможного. После того, как замедление колеса достигает пороговой величины Е₁ — уставки на сброс давленая (обычно| ₂|= 0,7g — 1.2g) — в блоке управления формируется сигнал Uy на сброс давления. С некоторой задержкой, обусловленной инерционностью исполнительного устройства, тормозное давление Рт уменьшается, поэтому угловая скорость колеса щ_К увеличивается. Когда ускорение колеса станет положительным и равным уставке на увеличение давления ₂ (обычно ₂=0.3g-0.5g,), сигнал Uy на сброс давления становится равным нулю и тормозное давление Рт растет. Такой алгоритм реализован в ряде САА первого поколения.

Рисунок 7. Эпюры САА с управлением по замедлению При работе по трехфазному циклу значение уставкя, определяющей конец фазы сброса, берется близким нулю. Продолжительность фазы выдержки давления соответствует среднему промежутку времени, в течение которого колесо ускоряется.

Закон управления «по замедлению» имеет ряд недостатков, среди которых — слабая помехозащищенность из-за необходимости дифференцирования сигнала угловой скорости тормозного колеса (при использовании ДУС), неэффективность системы при длительных юзах колеса, а также возможность «вялого» закатывания колеса в юз в условиях плохого сцепления колеса с опорной поверхностью.

Для более точного определения момента блокирования колеса в ряде алгоритмов предпринимались попытки коррекции уставки по замедлению в зависимости от текущей скорости самолета. Например, американская фирма «rockland Standart Div» в ряде САА использует две уставки по замедлению. Вторая уставка, меньше первой, используется при уменьшении угловой скорости колеса до некоторого заданного значения. Однако в силу того, что замедление колеса, соответствующее началу блокирования, зависит от множества различных факторов, эти попытки не устраняют основного недостатка — отсутствия адаптации алгоритма управления к условиям торможения.

Аналогичный алгоритм управления может быть реализован и по скольжению колеса. Именно он реализован ниже.

5. Имитационная модель

В данном разделе предлагаются имитационные модели в соответствии с математическими моделями, принятыми в разделе 3.

5.1 Имитационная модель формирования угловой скорости тормозного колеса

Рисунок 8. Имитационная модель формирования угловой скорости тормозного колеса На данном рисунке приняты следующие обозначения:

1-Вход, на который подается момент сцепления;

2-Вход, на который подается тормозной момент;

3-Деление разности моментов на момент инерции колеса;

4-Выход, с которого снимается угловая скорость колеса:

5.2 Имитационная модель формирования силы и момента сцепления колеса

Рисунок 9. Имитационная модель формирования силы и момента сцепления колеса На данном рисунке приняты следующие обозначения:

1-Вход, на который подается скольжение;

2-Выход, с которого снимается сила сцепления;

А-Блок, в котором формируется значение массы автомобиля;

Б-Блок, в котором вычисляется величина коэффициента сцепления;

В-Блок, в котором вычисляется величина силы сцепления;

5.3 Имитационная модель формирования скольжения

Рисунок 10. Имитационная модель формирования скольжения.

На данном рисунке приняты следующие обозначения:

1-Вход, на который подается угловая скорость тормозного колеса;

2-Вход, на который подается значение радиуса колеса;

3-Вход, на который подается линейная скорость автомобиля;

А-Вычисление вспомогательной величины;

Б — Вычисление величины скольжения;

В-Ограничение величины скольжения;

5.4 Имитационная модель регулятора и исполнительного механизма

Рисунок 11. Имитационная модель регулятора и исполнительного механизма На данном рисунке приняты следующие обозначения:

А-Блок, моделирующий исполнительный механизм;

Б-Блок, моделирующий регулятор;

5.5 Имитационная модель системы управления тормозами

Рисунок 12. Имитационная модель системы управления тормозами На данном рисунке приняты следующие обозначения:

А-Блок, моделирующий тормозное колесо 1;

Б — Блок, моделирующий регулятор и исполнительный механизм;

В-Блок, моделирующий кабину и прицеп;

6. Оптимизация параметров регулятора

Прежде чем выполнить исследование эффективность работы регулятора, проведем оптимизацию его параметров. В нашем случае будем оптимизировать уставку по скольжению. То есть, будет рассмотрена работа регулятора для следующих значений уставок: S=0.3; S=0.4; S=0.5.

6.1 Исследование работы колесной тормозной системы на сухой дороге

В данной имитационной модели режим торможения на сухой дороге подразумевает торможения с коэффициентом сцепления в диапазоне 0 — 0.6. Это обеспечивается за счет установки соответствующего диапазона выходных величин на выходе схемы формирования реализуемого коэффициента сцепления.

Рисунок 13. Испытания на сухой дороге. Уставка по скольжению 0.3

Рисунок 14. Испытания на сухой дороге. Уставка по скольжению 0.4

Рисунок 15. Испытания на сухой дороге. Уставка па скольжению 0.5

6.2. Исследование работы колесной тормозной системы на сухой дороге

Режим торможения на мокрой дороге подразумевает торможения с коэффициентом сцепления в диапазоне 0 — 0.3. Это обеспечивается за счет установки соответствующего диапазона выходных величин на выходе той же схемы формирования реализуемого коэффициента сцепления.

Рисунок 16. Испытания на мокрой дороге. Уставка по скольжению 0.3

Рисунок 17. Испытания на мокрой дороге. Уставка по скольжению 0.4

Рисунок 18. Испытания на мокрой дороге. Уставка по скольжению 0.5

6.3 Результаты исследований

По материалам приведенных осциллограмм составлена таблица, приведенная ниже

Анализ таблицы позволяет сделать следующие выводы

— наименьший тормозной путь соответствует настройке регулятора на уставку 0.5

— наименьшее число срабатываний антиюзового автомата соответствует настройке регулятора на уставку по скольжению 0.5

Вывод: в качестве оптимальной считать уставку по скольжению 0.5, тем более, что дальнейшее ее увеличение чревато возникновением продолжительных опасных с точки зрения потери управляемости юзовых режимов колеса.

7. Конструкторско-технологические вопросы

Характеристики

Изделие должно противостоять разрушающему действию многократных ударных нагрузок и выполнять заданные функции, установленные в настоящих ТУ после воздействия механических ударов длительностью 20 мс.

Изделие должно выполнять свои функции, сохранять внешний вид и значение параметров в условиях после воздействия повышенной или пониженной температуры.

Изделие не должно иметь дефектов наружной отделки и по внешнему виду должно соответствовать сборочному чертежу.

Комплектность

В комплект поставки входят инструкции по эксплуатации, чертежи, электрическая схема, паспортные данные двигателя.

Маркировка

Маркировка наносится непосредственно на изделие, гравировкой.

Правила приемки

Изделие должно пройти приемно-сдаточные испытания, периодические, проверочные и испытание на надежность.

Изделие не прошедшее испытания возвращается на доработку, но не более двух раз. В третий раз изделие бракуется и не может быть представлено на испытание.

Внешний вид, комплектность, маркировка

Проверка производится внешним осмотром и сравнением с ТУ и чертежами. Изделие и его отдельные элементы не должны иметь механических повреждений и следов коррозии. Острые кромки деталей должны быть закруглены.

Испытание на соответствие техническим требованиям

Механическая прочность

Изделие подвергается воздействию механических факторов: вибрации, ударов, линейных перегрузок и транспортной тряски.

Воздействие повышенной и пониженной температуры.

Изделие помещают в камеру тепла, в которой устанавливают предельную температуру, и по истечении 30 минут, необходимых для достижения установившегося теплового режима.

Воздействие повышенной влажности

Изделие подвергают шести циклам изменения температуры и влажности, непрерывно следующих один за другим. Каждый цикл состоит из следующих этапов:

а) температуру повышают до 35 градусов в течении 1−3 часов при относительной влажности воздуха не менее 95%. Скорость повышения температуры должна быть такой, что бы обеспечивалась конденсация влаги на изделие.

б) поддерживают верхнее значение температуры в камере в течении 12 часов от начала цикла. В течение этого периода относительная влажность должна быть 93%.

в) в течение 4−9 часов температуру понижают до 25 градусов. Относительная влажность должна быть не ниже 95%.

г) значения температуры 25 и влажности 95% поддерживаются до окончания цикла.

Общая продолжительность цикла 24 часа.

Указания по эксплуатации

Эксплуатационная документация должна выполняться в соответствии с ГОСТ 18 681–79 и ГОСТ 2.901−70.

8. Разработка вопросов экономики

8.1 Выбор и описание разрабатываемого и альтернативного вариантов программного продукта

Итогом данной дипломной работы является разработка антиблокировочной тормозной системы автопоезда.

Система разрабатывалась специально для модели автомобиля КамАЗ-53 215. КамАЗ-53 215 предназначен для перевозки грузов массой до 10. Данная модель КамАЗ подходит для работы во всех отраслях народного хозяйства. 53 215 выпускается с колесной формулой 6Ч4. Так же на базе этого автомобиля выпускается специализированная техника (банковские и пожарные автомобили, бетоносмесители).

Компьютерное моделирование будет осуществляться в программном продукте MatLab 7.0.

8.2 Суть проекта

Развитие рыночных отношений в современной экономике определяет возрастающую роль финансово — экономических расчётов при реализации подобных проектов. Одним из главных вопросов является определение ожидаемой эффективности предлагаемых инвестиций, необходимых для реализации прилагаемой работы. Под реализацией любого технического проекта понимается ряд этапов, включающих разработку этого проекта, его исполнение и последующую эксплуатацию. Осуществление каждого из этих этапов требует привлечения различных средств, называемых в общем виде инвестициями. Источниками инвестиций могут быть собственные или заёмные средства. В обоих случаях весьма важным для вкладчика является определение эффективности их вложений. В условиях обострения конкурентной борьбы за сбыт своей продукции, за место как на формирующемся внутреннем, так и внешнем рынке, предприятия должны повышать качество выпускаемых на рынок новых товаров и услуг, и обеспечивать их высокую конкурентоспособность. Решение этих задач возможно при проведении маркетингового исследования.

8.3 Маркетинговый план

Итогом данного дипломного проекта является разработка системы управления тормозами колес автопоезда. Компьютерное моделирование будет осуществляться в программном продукте MatLab 6.5.

Развитие рыночных отношений в современной экономике определяет возрастающую роль финансово — экономических расчётов при реализации подобных проектов. Одним из главных вопросов является определение ожидаемой эффективности предлагаемых инвестиций, необходимых для реализации прилагаемой Под реализацией любого технического проекта понимается ряд этапов, включающих разработку этого проекта, его исполнение и последующую эксплуатацию. Осуществление каждого из этих этапов требует привлечения различных средств, называемых в общем виде инвестициями. Источниками инвестиций могут быть собственные или заёмные средства. В обоих случаях весьма важным для вкладчика является определение эффективности их вложений.

Любой инвестор, обладающий свободными денежными активами, вынужден сравнивать ряд альтернативных вариантов вложения инвестиций, каждый из которых характеризуется своей прибыльностью и показателями риска, (вероятность потери какой-то части доходов и самих активов). Сравнение обычно осуществляется на основе использования альтернативной стоимости активов, то есть потерь от неиспользованных возможностей, сопряжённых с альтернативными вариантами. В качестве основного варианта выбирается программное средство MatLab, которое используется в данной дипломной работе. В качестве альтернативного варианта может быть рассмотрена программа Марlе. Сравним оба этих варианта. Так как с помощью этой программы предполагается проводить ряд экспериментов, поэтому она должна быть максимально простой и удобной для пользователя. То есть интерфейс программы, не требующий каких-либо специальных знаний, а также давать возможность вывода на печать графической или какой-либо иной информации.

MatLab и Мар1е представляют практически одинаковые возможности для решения поставленной задачи, однако стоимость первого программного продукта ниже и, следовательно, экономически выгодно использовать его. Вторым доводом в пользу использования MatLab может стать то, что этот программный продукт быстрее и проще в обращении. Следовательно, времени на работу у специалиста будет уходить меньше. Сильные стороны данного проекта: нет конкуренции. Слабые стороны: низкий спрос продукции. Возможности: изменение дизайна. увеличение мощности.

Анализ рынка сбыта

Автопоезд является неотъемлемой частью современных грузоперевозок. В связи этим производители данных автомобилей постоянно совершенствуют их системы безопасности, в том числе и антиблокировочные системы. Стоимость таких систем достаточно высока, вследствие чего ими оснащают только самые дорогие тягачи. Я же хочу предложить сравнительно не дорогую антиблокировочную систему для автопоезда с пневматической системой тормозов.

Сильные и слабые стороны товара

Недостатком может явиться невозможность установки данной системы на автопоезд с гидравлической системой тормозов. Однако, если принять во внимание тот факт, что гидравлической системой оснащаются лишь 5−6% тягачей, данный нюанс можно не считать серьезным недостатком.

8.5 Исходные данные

Исходные данные, необходимые для проведения последующих экономических расчётов, представлены в таблицах 2 — 5.

Количество тех или иных материалов соответствует реально затраченных материалов на разработку. В стоимости материалов и покупных изделий учитываются транспортно — заготовительные расходы в размере 5% от их стоимости.

Таблица 1. Общие данные для расчётов

Таблица 2. Расчёт затрат на материалы

Таблица 3. Расчет затрат на оборудование

Таблица 4. Ожидаемое распределение времени

8.6 Расчёт вложений на разработку привода

Основная заработная плата:

Где:

— основная зарплата ИТР.

где:

— годовой действительный фонд времени работы ЭВМ,

где:

— процент дополнительной заработной платы.

где:

— отчисления во внебюджетные фонды,

— во внебюджетные фонды.

Затраты на материалы:

где:

— общая цена материалов, руб.

где:

— общая цена материалов, руб.

— время разработки.

Амортизация

Амортизация составляет 12%. С учётом данных, полученных в таблице 3, она будет равна:

— годовая норма амортизации оборудования,

— балансовая стоимость оборудования, Тогда затраты на амортизацию будут составлять:

Затраты на электроэнергию для обоих вариантов реализации будут составлять:

где:

— стоимость кВтч электроэнергии,

— потребляемая мощность (таблица 15.2), кВт.

Прочие производственные расходы

(1)

(2)

Себестоимость машино-часа работы ЭВМ определяется по формуле:

(3)

(4)

Затраты на отладку программы определяются по формуле:

(5)

(6)

где:

— время отладки (1 месяц = 160 часов).

Стоимость НИОКР по данной теме определяется по формуле:

(7)

(8)

где:

Итоговая величина затрат на этапе разработки.

Итоговая величина затрат на этапе разработки определяется по формуле:

(9)

(10)

Современная величина затрат на разработку определяется по формуле:

V_i^t= (1 + i)^-t=1 — дисконтный множитель (затраты можно считать разовыми на этапе разработки) Результаты расчётов стоимости машино-часа работ ЭВМ представлены в итоговой таблице 5:

Таблица 5. Итоговая таблица стоимости машино — часа работы ЭВМ

Для расчёта затрат на всём этапе разработки необходимо затраты, полученные на 1 час (таблица 5), умножить на количество часов, необходимых на разработку привода:

(11)

Затраты для основного варианта реализации:

Затраты для альтернативного варианта реализации:

Таблица 6. Итоговая таблица затрат на всём этапе разработки

8.7 Расчёт вложений по годам эксплуатации

На этапе эксплуатации определяются сопутствующие капитальные вложения пользователя разработанного проекта, которые включают:

1) расходы на доставку к месту эксплуатации, установку, наладку разработанного привода;

2) стоимость необходимых дополнительных элементов основных фондов, связанных с использованием данной разработки, а также годовые издержки эксплуатации пользователей, состоящие из заработной платы работающего персонала, затрат на потребляемую энергию, затрат на вспомогательные материалы.

В состав годовых издержек эксплуатации разработанной модели привода будут входить: заработная плата ИТР, непосредственно работающего с данной разработкой, и стоимость затрат машинного времени.

Годовые эксплуатационные издержки потребителя определяются по формуле:

(12)

где:

— затраты на эксплуатацию ЭВМ,

— затраты на копирование разработки привода,

— затраты на необходимое для работы оборудование.

Затраты на эксплуатацию ЭВМ составляют:

где:

— время эксплуатации программного продукта в год.

Годовые эксплуатационные издержки потребителя будут равны:

Величина сопутствующих удельных капиталовложений равна нулю, т.к. потребление вспомогательных материалов не требуется.

Таблица 7. Значения дисконтного множителя

Динамика показателей на этапе эксплуатации определяется произведением годовых издержек на соответствующий году дисконтный множитель:

где:

— дисконтный множитель по каждому году расчётного периода.

Для основного варианта динамика показателя равна:

Для альтернативного варианта динамика показателя равна:

Таблица 8. Динамика показателей на этапе эксплуатации

8.8 Сравнение инвестиций

Таблица 9. Технико-экономические показатели

Итоговая величина современных затрат, при сравнении возможных альтернативных технических проектов позволяет сделать вывод о предпочтительности того или иного варианта. Выбор наиболее предпочтительного варианта можно осуществить исходя из минимума современной величины затрат.

Вывод

Сравнение сумм современных затрат по двум вариантам вложений инвестиций показывают, что предпочтительным для финансирования является альтернативный вариант проекта, для осуществления которого требуется меньшая итоговая современная сумма затрат на разработку и эксплуатацию ПО, составляющая 245 574,43 рублей.

Но выбирать альтернативный вариант только из-за того, что для него требуется меньшая итоговая сумма затрат не стоит, потому что основной вариант является намного эффективнее в работе, проще в реализации и на его разработку затрачивается гораздо меньше времени (2 месяца). При этом разница затрат между основным и альтернативным вариантами реализации составляет всего 911,88 рублей.

9. Разработка вопросов безопасности труда

Данный дипломный проект посвящен разработке регулятора тормозной системы автопоезда. Работы по реализации алгоритмов и моделированию системы управления выполняются с помощью ПЭВМ.

9.1 Требования к помещению для работы с ПЭВМ

Помещения с ПЭВМ должны иметь естественное и искусственное освещение. Площадь на одно рабочее место с ПЭВМ для взрослых пользователей должна составлять не менее 6.0 кв. м., а объем не менее 20.0 куб. м.

Помещения с ПЭВМ должны оборудоваться системами отопления, кондиционирования воздуха или эффективной приточно-вытяжной вентиляцией.

Поверхность пола в помещениях эксплуатации ПЭВМ должна быть ровной, без выбоин, не скользкой, удобной для очистки и влажной уборки, обладать антистатическими свойствами.

9.2 Требования к микроклимату, содержанию аэроионов и вредных химических веществ в воздухе помещений для эксплуатации ПЭВМ

Микроклимат производственного помещения определяется температурой, относительной влажностью, скоростью движения воздуха.

Согласно ГОСТ 12,1,005−88 «СБТ. Общие санитарно гигиенические требования к воздуху в рабочей зоне», нормирование параметров микроклимата в рабочей зоне производится в зависимости от периода года, категории работ по энергозатратам, наличия в помещении источников явного тепла.

Определим оптимальные параметры микроклимата помещения, согласно СанПиН 2,2,2/2,4,1340−03, исходя из категорий работ. В нашем случае это может быть только одна категория.

Легкая 1б (работы, производимые сидя, стоя, или связанные с ходьбой и сопровождающиеся некоторым физическим напряжением при которых расход энергии составляет от 121 до 150 ккал/ч).

регулятор тормозной управление колесо Оптимальные параметры микроклимата

В помещениях с объемом воздуха на каждого работающего более 40 м³ при наличии окон и при отсутствии выделений веществ допускается предусматривать периодически действующую естественную вентиляцию.

Уровни положительных и отрицательных аэроионов в воздухе, должны соответствовать следующим нормам:

Нормы содержания аэроионв в воздухе

Содержание вредных химических веществ в производственных помещениях, работа на ПЭВМ в которых является основной, не должно превышать нормы, приведенные в документе «Предельно допустимые концентрации загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест».

9.3 Требования к шуму и вибрации

При выполнении основной работы на ПЭВМ уровень шума на рабочем месте не должен превышать 50дБА.

Согласно ГОСТ 12,1,003−83, на рабочих местах при широкополосном шуме устанавливаются допустимые уровни звукового давления.

Предельно допустимые уровни шума на рабочих местах

Шумящее оборудование, уровень шума которого превышает нормированный, должно находиться вне помещения с ПЭВМ.

Нормы на вибрацию

При выполнении работ с ПЭВМ в производственных помещениях уровень вибрации не должен превышать допустимых значений.

В производственных помещениях, в которых работа с ПЭВМ является основной, а так же во всех учебных и дошкольных помещениях с ВДТ и ПЭВМ вибрация на рабочих местах не должна превышать допустимых норм вибрации.

Снизить уровень шума в помещениях с ВДТ и ПЭВМ можно использованием звукопоглощающих материалов с максимальным коэффициентом звукопоглощения в области частот 63−8000 Гц для отделки помещений, подтвержденных специальными акустическими расчетами.

9.4 Излучения

Конструкция ПЭВМ должна обеспечивать мощность экспозиционной дозы рентгеновского излучения в любой точке на расстоянии 0.05 м от экрана и корпуса ПЭВМ при любых положениях регулировочных устройств не должна превышать 7.74*10А/кг.

Допустимые значения параметров неионизирующих электромагнитных излучений

9.5 Освещенность

Помещения с ПЭВМ должны иметь естественное и искусственное освещение. Естественно освещение должно осуществляться через светопроемы, ориентированные преимущественно на север и северо-восток и обеспечивать коэффициент естественной освещенности не ниже 1.2% в зонах с устойчивым снежным покровом не ниже 1.5%.

Искусственное освещение в помещениях эксплуатации ПЭВМ должно осуществляться системой общего равномерного освещения.

В производственных о административно-общественных помещениях, в случаях преимущественной работы с документами, допускается применение системы комбинированного освещения.

Освещенность поверхности стола в зоне размещения рабочего документа должна быть 300−500 лк.

Допускается установка светильников местного освещения для подсветки документов.

Местное освещение не должно создавать бликов на поверхности экрана и увеличивать освещенность экрана более 300 лк.

В качестве источников света при искусственном освещении должны применяться преимущественно люминесцентные лампы.

Общее освещение следует выполнять в виде сплошных или прерывистых линий светильников, расположенных сбоку от рабочих мест, параллельно линии зрения пользователь при рядном расположении ПЭВМ.

Для обеспечения нормируемых значений освещенности в помещениях использования ПЭВМ следует проводить чистку стекол и оконных рам не реже двух раз в год и проводить своевременную замену перегоревших ламп.

При эксплуатации установок искусственного освещения необходимо регулярно производить чистку светильников от загрязнений, своевременную замену перегоревших и отработавших свой срок службы ламп.

Используем люминесцентные лампы, т.к. они наиболее соответствуют помещениям с повышенными требованиями к цветопередаче и качеству освещения, при небольшой высоте установки светильников.

Используемые светильники

Найдем высоту h подвеса светильника над рабочей поверхностью

Hn=3-высота помещения

hc=0.156-расстояние светильника до потолка

hp=0.8-высота рабочей поверхнисти Вычислим индекс i:

Рассчитаем число светильников в осветительной установке по формуле:

Em=300 лк-нормированная освещенность рабочей поверхности

S=20м2-площадь помещения

Kz=1,4 — коэффициент запаса

Z=1,1 — коэффициент неравномерности освещения

n=2 — количество ламп в одном светильнике Ф=3000 лм-световой поток одной лампы Схема расположения рабочих мест относительно светопроемов Оконные проемы в помещениях использования ПЭВМ должны быть оборудованы регулируемыми устройствами

Экран видеомонитора должен находиться от глаз пользователя на оптимальном расстоянии 600−700 мм., но не ближе 500 мм. С учетом размера алфавитно-цифровых знаков и символов.

В помещениях с ВДТ и ПЭВМ ежедневно должна проводиться влажная уборка.

9.6 Пожарная безопасность

Основными причинами пожаров от электроустановок является короткое замыкание, перегрузка, большое переходное сопротивление, искрение и электрическая дуга.

Эффективным средством защиты электрооборудования от токов перегрузки и короткого замыкания является использование плавких предохранителей или автоматов защиты.

Для устранения перегрузок необходимо обеспечить правильный выбор сечений монтажных и печатных проводников.

Наиболее надежной системой предупреждения о пожаре является электрическая пожарная сигнализация, которая в свою очередь бывает автоматической и ручной.

В соответствии с типовыми правилами пожарной безопасности промышленных предприятий все производственные помещения должны быть обеспечены огнетушителями, пожарным инвентарем и пожарным ручным инструментом, которые используются для локализации и ликвидации небольших возгораний.

Помещения эксплуатации с ПЭВМ должны быть оснащены углекислотными огнетушителями модели ОУ.

Так же для предотвращения пожара используются пожарные извещатели.

9.7 Электрическая безопасность

Согласно классификации помещений по степени опасности поражения человека электрическим током, класс помещения-с повышенной опасностью, т. е. имеется возможность одновременного прикосновения человека к имеющим соединения с землей металлоконструкциям зданий, технологическим аппаратам, механизмам и т. п., с одной стороны, и к металлическим корпусам электрооборудования, которые при пробое изоляции могут оказаться под напряжением, с другой.

Сеть трехфазная, с глухозаземленной нейтралью. Согласно ГОСТ 12,1,030−81 стационарных установках до 1 кВ трехфазного тока в сети с заземленной нейтралью должно быть применено зануление, преднамеренное электрическое соединение с нулевым защитным проводником металлических нетоковедущих частей электрооборудования, которые могут оказаться под напряжением при повреждении изоляции.

Согласно ГОСТ 12,1,038−88 при нормальном рабочем режиме производственных электроустановок допустимые значения определяются по таблице:

Наибольшие допустимые значения

Допустимые значения при аварийных режимах

9.8. Приборы контроля опасных и вредных производственных факторов

Метрологическое обеспечение в области безопасности труда осуществляется на основе положений ГОСТ 12,0,005−84 «метрологическое обеспечение в области безопасности труда. Основные положения».

Рабочие средства измерений