Исследование влияния вертикальной нагрузки на колесо на площадь пятна контакта

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«Тольяттинский государственный университет»

Институт машиностроения
(наименование института полностью)
Кафедра 

  «Проектирование и эксплуатация автомобилей»
(наименование кафедры)
23.05.01 «Наземные транспортно-технологические средства»
(код и наименование направления подготовки, специальности)
Автомобили и тракторы
(направленность (профиль)/специализация)

ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ

на тему
Исследование влияния вертикальной нагрузки на колесо на площадь пятна контакта 



Студент
Олейник А.А.
(И.О. Фамилия)

(личная подпись)
Руководитель
Черепанов Л.А.
(И.О. Фамилия)

(личная подпись)
Консультанты

Капрова В.Г.
(И.О. Фамилия)

(личная подпись)

Фесина М.И.
(И.О. Фамилия)

(личная подпись)

Ященко Н.В.
(И.О. Фамилия)

(личная подпись)

Егоров А.Г.
(И.О. Фамилия)

(личная подпись)

Заместитель ректора-директор института машиностроения

к.т.н., доцент А.В. Бобровский




(ученая степень, звание, И.О. Фамилия)

(личная подпись)
«

»


20
17
г.



Допустить к защите

Тольятти 2017

АННОТАЦИЯ
      Дипломный проект по теме «Исследование влияния вертикальной нагрузки на колесо на площадь пятна контакта» выполнен с целью исследования факторов, влияющих на пятно контакта шины автомобиля. Разработана программа исследований для выполнения лабораторных работ студентами, обучающихся по специальности «Автомобиле- и тракторостроение». Выполнена тарировка нагрузочного устройства. Проведены испытания на стенде с использованием двух видов покрышек: летней - Amtel 185/60 R14 и зимней - Cordiant 175/65 R14.  В зависимости от формы пятна контакта, высчитывалась площадь получившейся фигуры. Изображения отпечатков шины с опорной поверхностью зафиксированы и представлены в приложении. Рассмотрены факторы, влияющие на шину транспортного средства и определена зависимость пятна контакта от нагрузки на колесо, при различных давлениях в шине. В экономической части выполнен расчет затрат на выполнение НИиОКР и доказано целесообразность проекта.  
      Пояснительная записка содержит 73 листа печатного текста, включая в себя 9 листов приложения с изображениями отпечатков пятна контакта, а так же 7 листов формата А1 и 1 лист формата А0 графической части.
ABSTRACT
      The diploma project on the topic "Investigation of the vertical load on the wheel influence on the contact spot area" was made to investigate the factors affecting the tire contact spot of the car. A research program for doing a laboratory work by students specializing in "Automobile and tractor construction" has been developed. The calibration of the load device is performed. The tests were carried out on the stand using two types of tires: the Amtel 185/60 R14 summer tire and the Cordiant 175/65 R14 winter tire. Depending on the shape of the contact spot, the area of ??the resulting figure was calculated. The images of tire impressions with a reference surface are fixed and are presented in the Appendix. Factors affecting the tire of the vehicle are considered and the contact spot dependence on the wheel load at various tire pressures is determined. In the economic part, the calculation of the R & D activities costs is presented and the feasibility of the project has been proved.
      The graduation project consists of an explanatory note on 73 pages, introduction, including 15 figures, 22 tables, the list of 25 references including 5 foreign sources and 20 appendices, and the graphic part on 7 A1 sheets.
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ	5
1 Состояние вопроса	6
1.1 Назначение системы	6
1.2 Требования предъявляемые к стенду	8
1.3 Классификация стендов	10
1.4 Обзор и тенденции развития шин	15
1.5 Выбор и обоснование принятого варианта конструкции стенда	17
2 Защита интеллектуальной собственности	18
3 Конструкторская часть	19
3.1 Исходные данные для выполнения расчета	19
4 Исследовательская часть	20
4.1 Тарировка нагрузочного устройства	20
4.2 Проведение испытаний	23
5  Эффективность проекта	29
Введение	29
5.1 Определение суммарной деятельности НИР	31
5.2 Расчет сметы затрат на НИР	34
5.3 Расчет амортизационных отчислений.	35
5.4 Экономическая эффективность  НИОКР	37
5.5 Анализ индексов экономической эффективности НИОКР	38
6 Безопасность и экологичность объекта	39
6.1 Конструктивно-технологическая характеристика стенда.	39
6.2 Идентификация профессиональных рисков	41
6.3 Методы и средства снижения профессиональных рисков.	42
6.4 Обеспечение пожарной безопасности технического объекта.	44
6.5 Обеспечение экологической безопасности технического объекта.	45
ЗАКЛЮЧЕНИЕ	47
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ	48
ПРИЛОЖЕНИЕ А	50
ПРИЛОЖЕНИЕ Б	58

ВВЕДЕНИЕ
      Разгон, торможение, вхождение в поворот или прямолинейное движение автомобиля возможны только благодаря сцеплению шин с дорожным полотном. Нынешние колесные автомобили комплектуются пневматическими шинами. Практически все шины имеют протектор различным рисунком, который обеспечивает устойчивое движение транспортного средства и все сопутствующие ходовые характеристики. Состояние автомобильных шин является одним из важнейших факторов, обеспечивающих безопасность транспортного средства.										Сцепление автомобильных колёс с дорожным покрытием – это динамическая величина, которая не остается постоянной. Всего четыре небольших участка контакта шины с дорогой удерживают автомобиль во его время движения. Изменяется как форма пятна контакта, так и его размер. Это так же относится и к вертикальной нагрузке на колесо. Причины таких изменений – перераспределение массы автомобиля, деформация элементов подвески и колес, изменение геометрии во время езды по неровностям или ямам, а также неполное смягчение хода компонентов подвески.				Во время передвижения транспортное средство испытывает продольное и поперечное смещение центра тяжести, из-за чего возникает непропорциональное перераспределение нагрузок, а именно: увеличение на одних шинах и снижение на других. Это объясняется тем, что сцепление шин с дорогой и нагрузка на шины связаны нелинейной зависимость и говорит о том, что в момент снижения нагрузки - коэффициент сцепления уменьшается быстрее. И наоборот — сцепление шины возрастает медленнее увеличения нагрузки на покрышку в области пятна контакта с дорожным покрытием.

1 Состояние вопроса
     1.1 Назначение системы
      Стенд для исследования влияния вертикальной нагрузки на колесо на величину пятна контакта шины с дорогой предназначен для:
      1. Проведения испытаний в лабораторных условиях;
      2. Упрощения проведения испытаний.
      Пятно контакта – это отпечаток колеса на дорожном покрытии, его опорная поверхность. Форма пятна контакта в статическом состоянии представляет из себя прямоугольник или эллипс, обусловленной нагрузкой, если кривизна покрышки нулевая и давление в ней имеет определенное значение. При движении автомобиля пятно контакта приобретает любую форму и постоянно изменяется – от грубого прямоугольника до треугольника. Притом площадь может быть больше или меньше пятна контакта в статическом состоянии. При воздействии вертикальной нагрузки, на которую влияет перенос центра масс автомобиля или прижимающее усилие аэродинамики, действующее на автомобиль. Чтобы получить большее сцепление с дорожным покрытием, необходима высокая вертикальная нагрузка и большая площадь пятна контакта. 
      Помимо этого, покрышки высокоэластичны, благодаря этому они изменяют свой вид пропорционально боковой реактивной силе, образовавшейся при повороте машины. Данная деформация формы заставляет колесо катиться под углом к ее продольному движению и такое явление называют боковым уводом, а тот угол, под которым катится колесо, называют углом бокового увода. Слово увод, не означает скольжение колеса, а подразумевает изменение её формы таким образом, когда оно уходит в сторону наружного радиуса поворота. 
      
      
      Когда угол бокового увода становится слишком большим, величина сцепления колеса с дорогой стремительно падает, однако в это же время, при значении этого угла большего чем ноль, достигается максимальное сцепление с дорогой.
      Еще в начале истории автомобилестроения стало ясно, что колеса автомобиля играют большую роль в его устойчивости и управления. Впрочем, пока скорости оставались низкими, шинам придавали не совсем должное внимание, и в основном, покрышки вообще не имели протектора. Современные шины стали дополнять более технологичным и сложным протектором, так как с каждым годом увеличивается список требований к эксплуатации автомобилей. А сейчас, колёса с гладким протектором не только запрещены к эксплуатации, но так же могут стать причиной штрафа или ДТП.
      Протектор на покрышках появился не просто из-за желания автомобилистов выделиться, а с целью повышения практических характеристик. Протектор шины выполняет ряд основных функций:
• Защита покрышки и камеры — эта роль заложена в самом названии протектора (protect — защищать), и лишь протектор уберегает покрышку от прямых механических повреждений острыми предметами, осколками и т.д.;
• Образования пятна контакта покрышки с дорожным полотном;
• Выведения жидкости из-под пятна контакта — шина имеет такой рисунок протектора, который способствует эффективному удалению воды из-под колеса, уменьшая вероятность его произвольного скольжения на небольшом слое воды («аквапланирование»);
• Предоставление требуемых ходовых характеристик на дорожных покрытиях различных типов и при любых погодных условиях.
      Тем самым, рисунок протектора — это требование, продиктованное нынешней реальностью. На сегодняшний день существует большое разнообразие видов рисунков протектора, которые способствуют решить довольно широкий круг задач при эксплуатации автомобилей и колесной техники во всевозможных условиях.
   1.2 Требования предъявляемые к стенду
 Материал рамы должен быть достаточно жёсткий и прочный.
 Рама при нагрузке не должна деформироваться, чтобы обеспечить точные показания при снятии показателей.
 Диск с шиной необходимо установить в соответствии с руководством, для предотвращения получении травм при проведении замеров.
 Необходимо иметь возможность нагружать колесо с помощью стенда до 400 кгс.
      Требования к покрышкам вследствие постоянного увеличения скоростного режима регулярно повышаются в качестве безопасности их эксплуатации. Современная покрышка обязана соответствовать большому количеству требований, отвечающим конструктивным характеристикам транспортного средства, а именно: гарантировать максимальную комфортабельность, обеспечивать довольно продолжительный срок эксплуатации и обладать хорошими ходовыми свойствами.
Рисунок протектора колеса непосредственно влияет на срок службы шины, а так же на плавность и безопасность движения. Сам по себе, рисунок протектора обязан быть износостойким, обладать хорошими сцепными качествами с различными покрытиями, быть бесшумным и иметь требуемую площадь выступов.
      Чтобы повысить устойчивость транспортного средства требуется совершенствовать конструкцию покрышек, в направлении снижения диаметра шин и отношения ширины к высоте ее профиля. Здесь возникает следующая закономерность, когда при уменьшении такого соотношения, происходит увеличение отношения ширины профиля к ширине обода, это существенно сказывается на ухудшении плавности хода. В связи с этим такие шины должны иметь довольно эластичную боковую кромку, так как давление для таких типоразмеров должно быть ниже, чем в обычных шинах.
      Помимо этого, шины для легковых автомобилей должны иметь меньшее теплообразование, что достигается путем уменьшения слоев корда.
Это возможно при условии выполнения каркаса из полиамидных кордов и других современных материалах, изготовленных по новейшим технологиям, что только повышает долговечность шины. Такая конструкция дает при сохранении рабочих характеристик, увеличение плавности хода, что удовлетворяет одно основное требование к шинам, современных автомобилей.
      В соответствии с Правилами дорожного движения шины транспортных средств должны иметь высоту протектора не меньше следующих значений:
 Легковые автомобили: 1,6 мм
 Грузовые автомобили: 1 мм
 Автобусы: 2 мм
 Мототехника: 0,8 мм
      



















Рисунок 1.1 – Расшифровка обозначений покрышки

     1.3 Классификация стендов
      На испытательных стендах проверяется конструктивная прочность шин, качество резиновых смесей, однородность, жесткостные и геометрические характеристики шин и многое другое. Стендовые испытания обеспечивают качество изделий и их техническую надёжность. 
      Все испытания можно разделить на 3 группы:
 Статические испытания автомобильных шин
 Динамические испытания автомобильных шин
 Испытания шин с использованием программного управления
В первом случае проводятся следующие испытания:
- Определение основных габаритных размеров, массы шин
- Определение статического и динамического дисбаланса шин
- Определение радиального и бокового биения шин
- Определение параметров силовой неоднородности шины
- Определение энергии разрушения пневматических шин
- Определение сопротивления сдвигу борта бескамерных шин с полки обода
- Определение прочности шин при разрушении внутренним гидравлическим давлением
- Определение общей герметичности бескамерных шин по методике
- Определение жесткости и коэффициентов сцепления шин с опорной поверхностью при боковом, окружном и угловом скольжениях
- Определение удельного давления в пятне контакта
- Определение электропроводности шин
- Интерферометрический контроль шин


	



      Во время динамических испытаний проводят:
- Определение общей работоспособности пневматических шин при испытании на стенде
- Определение максимальной скорости шин
- Испытания пневматических шин для тракторов, строительно-дорожных машин
- Испытания шин на нагрузку и скорость
- Определение сопротивления качению шин
      Стенды с программным управлением позволяют задавать нагрузки на колесо максимально приближенные к эксплуатационным, а также при движении по спецдорогам (булыжная дорога, бельгийская мостовая, скоростная дорога и прочие испытательные виды дорог).
      Если бы все автомобили эксплуатировались только по новым дорогам с твердым покрытием в сухое и теплое время года, то проблем с покрышками не существовало бы в принципе — вполне достаточно было бы использовать гладкие шины без рисунка. Однако такие идеальные условия практически нереализуемы, поэтому сегодня существует большое количество типов, видов и разновидностей рисунков протекторов. Существующие сегодня рисунки протекторов можно классифицировать по следующим признакам:
 По типу дорожного покрытия, на котором эксплуатируется транспортное средство;
 По ориентации рисунка относительно транспортного средства и типу рисунка беговой дорожки;
 По сезону, климатическим и погодным условиям эксплуатации;
 По скоростным характеристикам.
   
   
   
   
      По типу дорожного покрытия рисунки протектора делятся на четыре основных категории:
 Дорожный рисунок (шоссейный, англ. Highway, H/T, H/P) — наиболее распространенный на легковых автомобилях тип покрышек, предназначенный для эксплуатации по дорогам с твердым покрытием;
 Повышенной проходимости (M/T — Mud Terrain) — покрышки для автомобилей, эксплуатируемых по дорогам с покрытием низкого качества и по бездорожью. Данный рисунок характеризуется наличием высоких грунтозацепов, разделенных примерно равными с ними по размерам промежутками;
 Универсальный рисунок (A/T — All Terrain) — в данных покрышках протектор в центральной части имеет дорожный рисунок, а по краевым частям выполнены грунтозацепы. Шины этого типа широко используются на легковых автомобилях повышенной проходимости и внедорожниках;
 Карьерный рисунок — характерен для шин карьерной техники, грузовиков, тракторов и различных машин, эксплуатируемых на дорогах с каменистым покрытием. Грунтозацепы в протекторе с карьерным рисунком расположены относительно далеко друг от друга, что предотвращает застревание между ними камней.
      Выделяют четыре тип рисунка протектора, которые отличаются ориентацией относительно автомобиля и симметрией:
 Симметричный ненаправленный рисунок. Бюджетные шины, в которых рисунок имеет продольную симметрию (на правой и левой половинах одинаковый), и для него не имеет значение направление вращения колеса. Шины с данным типом рисунка можно устанавливать на любую ось и любой стороной. Шины этого типа недороги, просты по конструкции, обеспечивают невысокий уровень шума и универсальны в применении;


 Ассиметричный ненаправленный рисунок. Более дорогие шины, для которых имеет значение правильная ориентация относительно автомобиля. У них есть внешняя и внутренняя сторона, внутренняя должна быть обращена в сторону колесной арки, внешняя — наружу. Данный тип шин обеспечивает хорошую устойчивость и управляемость автомобиля, особенно при активном маневрировании;
 Симметричный направленный рисунок. Рисунок имеет зеркальную симметрию и должен располагаться определенным образом относительно направления движения автомобиля, поэтому колеса с таким рисунком имеют маркировку направления вращения (стрелка). Данный тип шин хорошо противостоит аквапланированию и обеспечивает хорошую устойчивость автомобиля на различных типах дорожного покрытия;
 Ассиметричный направленный рисунок. Более редкая разновидность шин, для них имеет значение не только ориентация относительно направления движения автомобиля, но и расположение сторон протектора (то есть, в них предусмотрены внешняя и внутренняя стороны). Данный рисунок обеспечивает хорошее сцепление с дорогой и управляемость, он предотвращает аквапланирование и иные негативные явления.

   
   
   
   
   
   
   
   
   
   Рисунок 1.2 – Виды рисунков протектора
   
      По сезонности все шины делятся на три группы:
 Летние;
 Зимние;
 Всесезонные.
      На летних шинах рисунок протектора обеспечивает надежный отвод воды, но при этом имеет достаточную жесткость для сцепления с твердым дорожным покрытием. На зимних покрышках рисунок протектора обеспечивает установку шипов, либо имеет ламели — эластичные элементы протектора, которые создают эффект «прилипания» шины к скользкому дорожному покрытию. Рисунок протектора всесезонных покрышек сочетает в себе особенности летних и зимних шин.













Рисунок 1.3 – Основные предназначения протектора


     1.4 Обзор и тенденции развития шин
      Производители покрышек дают ряд рекомендаций по продлению ресурса как самих шин, так и их протектора. В частности, необходимо соблюдать рекомендованное давление в покрышках, так как изменение давления в меньшую или большую сторону приводит к неравномерному износу протектора. Для шин с направленным рисунком следует строго соблюдать требования по месту их установки и ориентации относительно направления движения автомобиля.
      Эксплуатировать шины с изношенным больше допустимых пределов рисунком протектора запрещено, их следует как можно скорее менять. Также необходимо своевременно менять шины при изменении сезона (ставить летние или зимние), что обеспечивает безопасность на дорогах и продлевает ресурс самих покрышек.
      При соблюдении рекомендаций производителей и требований ПДД рисунок протектора покрышек обеспечит необходимые ходовые качества автомобиля и предотвратит лишние расходы. Действующие правила прямо запрещают эксплуатацию автотранспорта с покрышками не соответствующими установленным требованиям. Проверить износ шин сделать можно самостоятельно. Методика определения степени износа протектора следующая:

























Рисунок 1.4 - Определение износа шины.


Покрышки, износ которых превысил предельно допустимые значения, значительно снижают управляемость автомобиля и могут послужить причиной дорожно-транспортного происшествия. В таком случае следует придерживаться правила: стер шину – замени пару, при этом лучше сохранившуюся резину можно использовать в качестве «запаски».



 	1.5 Выбор и обоснование принятого варианта конструкции стенда
      В данной работе целью являлась разработка стенда для исследования влияния нагрузки на величину пятна контакта шины с поверхностью дороги. Этот стенд должен быть прост в изготовлении, занимать мало места, иметь минимум подключаемого к нему оборудования для того, чтобы снизить трудоёмкость при выполнении исследований. Для использования стенда в учебном процессе необходимо иметь возможность наглядно показать снятие параметров. Конструкция стенда была создана с нуля, выбора для применения другой конструкции не было. Металлопрокат, применённый для изготовления рамы, обеспечил высокую прочность. Габаритные размеры стенда достаточно малы. Гидравлический домкрат, который служит для нагружения колеса, имеет простую конструкцию и грузоподъемность 2 тонны, что позволяет избежать излишних усилий на ручке.  Данная конструкция стенда отвечает всем назначениям и требованиям.













2 Защита интеллектуальной собственности

Не предусмотрено.


Руководитель:                                       / Черепанов Л.А. /



















3 Конструкторская часть
3.1 Исходные данные для выполнения расчета
      Исходные данные для проведения тягово-динамического расчета автомобиля ВАЗ-2170 «Приора» сведены в таблицу 3.1. 
Таблица 3.1 – Исходные данные
Наименование параметра
Значение
Колесная формула
4х2
Количество мест n
5
Масса снаряжённого автомобиля mсн, кг
1088
Максимальная скорость Vmax, км/ч (м/с)
165 (48,83)
Максимальная частота вращения коленчатого вала , рад/с 
607,4 (6000)
Минимальная частота вращения коленчатого вала , рад/с 
104,7 (1000)
Максимальная мощность двигателя , кВт (при мин-1)
74 (5200)
Максимальный крутящий момент двигателя , Н·м 
120 (2700)
Тип и размерность колеса
185/60R14
Коэффициент аэродинамического сопротивления Cx
0,353
Значение максимально преодолеваемого уклона ?
0,3
КПД трансмиссии ?транс
0,94
Габаритная ширина автомобиля Ba, мм
1680
Габаритная высота автомобиля Ha, мм
1420
Коэффициент сопротивления качению fo
0,016
4 Исследовательская часть
      Введение 
      В данной работе проводились исследования влияния вертикальной нагрузки на колесо на площадь пятна контакта шины с дорогой. Использовались 2 вида покрышек: Летняя «Amtel 185/60» и Зимняя «Cordiant 175/65» (без шипов), одинакового радиуса R14.
 4.1 Тарировка нагрузочного устройства
На первом этапе работы была проведена тарировка нагрузочного устройства (Рисунок 4.1).
Рисунок 4.1 - Схема тарировки манометра
Для этого поместили динамометр 1 и домкрат 2 с впаянной в него гидравлической трубкой и соединенной с манометром 3, между двух жестко закрепленных опор.  С помощью домкрата производилась нагрузка на динамометр, по которому считывались значения F (Н). Одновременно на манометре возникало давление Р (Мпа), которое фиксировалось. Все данные записывались и заносились в таблицу 4.1.
Таблица 4.1 - Результат тарировки нагрузочного устройства
Р (Мпа)
F (Н)
0
0
1
461
2
919
3
1378
4
1914
5
2373
6
2863
7
3293
8
3782






По данным таблицы 4.1 построен график тарировки (Рисунок 4.2).

Рисунок 4.2 - Тарировочный график
В результате тарировки был получен коэффициент:
K=F/P=3293/7=470 Н/МПа                                              (4.1)
1 - Рама, 2 - Опора оси ступицы, 3 – Гидравлический домкрат, 			     4 - Направляющая, 5 - Колесо, 6 – Опорная поверхность, 7 - Манометр, 	     8 - Ось ступицы, 9 - Рама стекла.
Рисунок 4.3 -  Фото стенда



4.2 Проведение испытаний
      На втором этапе сначала устанавливалась летняя шина, доводилась до контакта с опорной площадкой, выполненной из стекла. Далее создавалась нагрузка соответствующая минимальной, средней и полной загрузке автомобиля. После этого на опорной поверхности закреплялся прозрачный файл, обводился контур пятна контакта. 
      В качестве примера на Рисунке 4.3 показано 2 пятна контакта для летней и зимней шины при нагрузке 3666 Н. На представленном рисунке видно, что они отличаются по форме, пятно контакта летней шины напоминает форму эллипса, а зимней шины – прямоугольник.


Рисунок 4.3 - Формы пятна контакта
Затем рассчитывалась площадь S (см2) по формулам, зависящим от формы пятна контакта. Если форма отпечатка представляла собой эллипс (рисунок 4.4), то площадь высчитывается по формуле:
     S=?Rr,                                                         (4.2)
          Где: ?=3,14
Рисунок 4.4 - Форма пятна контакта в виде эллипса
В случае, если отпечаток приобретал форму прямоугольника (рисунок 4.5) – фигура делилась на 9 частей, таким образом, чтобы получалось 5 прямоугольников и 4 четвертей круга. 
Рисунок 4.5 - Форма пятна контакта в виде прямоугольника
Тем самым, получалась формула:
Sобщ.=S1+S2+S3+S4+S5+S6+S7+S8+S9 ,         (4.3)
Где:
S1,S2,S3,S4,S5 – прямоугольники, площадь которых определяется по формуле:                                                                           S=a*b                                                  (4.4)
S6,S7,S8,S9 – четверть круга, её площадь рассчитывается по формуле: 
S=(?R^2)/4                                                       (4.5)
После расчётов данные заносились в таблицу 4.2:
Летняя покрышка Amtel
Зимняя покрышка Cordiant
Опыт №1. Нагрузка 270 кг = 5,6 МПа
Опыт №1. Нагрузка 270 кг = 5,6 МПа
Рш = 1,8
S = 88,7 см2
Рш = 1,8
S = 103,6 см2
Рш = 2,0
S = 82,0 см2
Рш = 2,0
S = 98,9 см2
Рш = 2,2
S = 77,2 см2
Рш = 2,2
S = 90,3 см2
Опыт №2. Нагрузка 307 кг = 6,4 МПа
Опыт №2. Нагрузка 307 кг = 6,4 МПа
Рш = 1,8
S = 102,8 см2
Рш = 1,8
S = 117,4 см2
Рш = 2,0
S = 99,3 см2
Рш = 2,0
S = 111,1 см2
Рш = 2,2
S = 98,6 см2
Рш = 2,2
S = 107,2 см2
Опыт №2. Нагрузка 376 кг = 7,8 МПа
Опыт №2. Нагрузка 376 кг = 7,8 МПа
Рш = 1,8
S = 125,6 см2
Рш = 1,8
S = 148,6 см2
Рш = 2,0
S = 114,9 см2
Рш = 2,0
S = 136,0 см2
Рш = 2,2
S = 106,4 см2
Рш = 2,2
S = 115,4 см2
Таблица 4.2 – Результаты исследований пятна контакта



  Обработка результатов
      В результате исследований были построены графики зависимости площади пятна контакта шины от нагрузки (см. Рис. 4.6, Рис. 4.7) и удельного давления от нагрузки (см. Рис. 4.8, Рис. 4.9)








Рисунок 4.6 - График зависимости пятна контакта летней шины от нагрузки








Рисунок 4.7 - Графики зависимости пятна контакта зимней шины от нагрузки
      Из графиков следует, что с увеличением нагрузки, площадь пятна контакта увеличивается, как у зимней, так и у летней шин. Что объясняется тем, что с увеличением нагрузки, увеличивается деформация покрышки. Чем меньше давление в зимней шине, тем степень влияния на пятно контакта больше, так как зимняя шина более податлива к деформации из-за своих составных свойств, этим же и объясняется наибольшая степень влияния на площадь пятна контакта. 

Рисунок 4.8 - График зависимости удельного давления зимней шины от нагрузки





Рисунок 4.9 - График зависимости удельного давления летней шины от нагрузки








5  Эффективность проекта
Введение
        В данной работе представлено исследование на стенде, определяющего пятно контакта автомобильной шины с дорогой. Наиболее профессиональные испытания с более точными показателями проводятся на специально оборудованных стендах с использованием высококлассного оборудования, максимально приближенных к эксплуатационным. Проведение таких испытаний занимает существенно много времени, материальных и трудовых ресурсов. В данной работе представлен стенд, который позволяет в разы уменьшить затраты на исследование, проводить испытания не только специально обученными инженерами, а так же и студентами. 
       Целесообразностью использование стенда для определения характеристик пятна контакта колес с дорогой, будет определенно снижение затрат на НИиОКР. Для определения величины затрат был разбит на последовательные этапы и составлен график длительности этапов НИиОКР, составлена смета затрат на проектирование выполнения НИиОКР.
      Разработанное устройство может быть применено в исследовательских лабораториях ВУЗов, а так же в качестве учебных стендов в учебных заведениях, предоставляющих среднее специальное образование, производящих обучение студентов по специальности «Автомобиле- и тракторостроение».                                                   




Перечень стадий и этапов выполнения НИиОКР сведен в таблице 5.1

№
п/п
Наименование работ
Трудоем-кость,
Дни
Должность исполнителя
Кол-во исполнителей чел.
Применяемое оборудование


tmin
tmax



1
Маркетинговые и патентные исследования
1
3
Инженер б/к

1

ПК
2
Разработка программы исследований пятна контакта шины
3
5
Ведущий инженер,
Инженер б/к
2
ПК
3
Оценка эффективности использования результатов исследований
1
2
Инженер б/к
1
ПК
4
Установка измерительной аппаратуры и исследуемого колеса
1
2
Инженер б/к
2
Стенд
5
Предварительные испытания
0,5
1
Ведущий инженер,
Инженер б/к
3
Стенд
6
Доводочные работы
0,5
1
Ведущий инженер,
Инженер б/к
3
Стенд
7
Измерения параметров пятна колеса
1
2
Ведущий инженер,
Инженер б/к
3
Стенд
8
Анализ полученных результатов
1
2
Инженер б/к
1
ПК
9
Расчёт затрат на проведение НИиОКР


2
3
Инженер б/к
1
ПК
10
Составление отчёта по проделанной работе
1
2
Инженер б/к
1
ПК
11
Непредвиденные работы
1
2
Инженер б/к
1

                            Итого:             
13
25



Таблица 5.1 - Этапы проведения НИиОКР



      Ожидаемая трудоемкость выполнения i-ой работы и этапа (чел-дн), рассчитывается по формуле:
,                                             (5.1)
где t min i -   минимальная трудоемкость  i-го этапа,
       t max i  - максимальная трудоемкость   i-го этапа.
Результаты подсчета tожид i сведены в таблицу 5.2.
Ожидаемая трудоемкость                                                                 Таблица 5.2
Этап №
tmin i
tmax i
tожид i
 
1
3
1,8
 
3
5
3,8
 
1
2
1,4
 
1
2
1,4
 
0,5
1
0,7
 
0,5
1
0,7
 
1
2
1,4
 
1
2
1,4
 
2
3
2,4
 
1
2
1,4
 
1
2
1,4

5.1 Определение суммарной деятельности НИР
Длительность i-го этапа, определяется по формуле:
      ,                         			   (5.2)                                                                    
 где  – количество исполнителей.

Суммарная длительность НИР (дн), определяется по формуле:
                     			  (5.3)                                                                          
Удельный вес каждого этапа определяется в %, принимая  за 100%:
                             	              (5.4)                                                    
Следует отметить, что желательно подобрать возможности совмещения выполняемых этапов НИиОКР для оптимизации суммарной  длительности НИР. Принимая во внимание специфику выполняемых работ, нет возможности совмещения выполняемых этапов НИР для оптимизации суммарной  длительности НИР.
      Исходные данные по численности исполнителей и результаты расчетов заносятся в таблицу 5.3, строится план-график:
      
Таблица 5.3 - Суммарная длительность НИиОКР                                               
№ Этапа
Количество исполнителей
tож
T?
Удэт
?%

Ведущий инженер
Инженер б/к
Итого





1

1
1
1,8
17,8
10,11
10,11
2
1
1
2
3,8

21,35
31,46
3

1
1
1,4

7,86
39,32
4

2
2
1,4

7,86
47,18
5
1
2
3
0,7

3,93
51,11
6
1
2
3
0,7

3,93
55,04
7
1
2
3
1,4

7,86
62,90
8

1
1
1,4

7,86
70,76
9

1
1
2,4

13,48
84,24
10

1
1
1,4

7,86
92,10
11

1
1
1,4

7,86
100

Рисунок 5.1 - План-график длительности этапов НИиОКР

Таблица 5.4 - Табелирование работ НИиОКР                                                    
Этап
Исполнители

Ведущий инженер
Инженер б/к
Инженер б/к
1
0
1,8
0
2
1,9
1,9
0
3
0
1,4
0
4
0
0,7
0,7
5
0,23
0,23
0,23
6
0,23
0,23
0,23
7
0,46
0,46
0,46
8
0
1,4
0
9
0
2,4
0
10
0
1,4
0
11
0
1,4
0
Итого
2,82
13,32
1,62

5.2 Расчет сметы затрат на НИР
Расчет эффективного годового фонда рабочего времени:
Fэффек = (365 - Пр - Вых - Hев)*q - Нпразд,                                 (5.5)
где Пр - праздничные дни; 
Вых - выходные дни; 
Нев - количество планируемых невыходов; 
q - количество часов в смену; 
Нпразд - количество нерабочих часов в предпраздничные дни.
Fэффек = (365-15-104-5)*8-11= 1927 часов;
     
Расчет заработной платы исполнителей с окладами:
Зинр. = Киспол.i*Докл.,                                                    (5.6)
где Киспол.i – время работы  i-го исполнителя, мес.
Докл. – должностной оклад i-го исполнителя, руб.
Таблица 5.5 – Заработная плата всех исполнителей
Должность исполнителя
Кол-во исполнителей, чел.
Среднемесячный оклад, руб.
Время работы, месяцы
Заработная плата, руб.
Ведущий инженер
1
19500
0,13
2535
Инженер б/к

2
15700
0,71
22294
Итого



24829
        
Расчет заработной платы всех исполнителей:
                                                (5.7)
Зиспол. = 24829 руб.
Расчет отчислений страховых взносов в ПФР, ФОМС, ФСС:
 = 24829*0,30 = 7448,7  руб.          (5.8)



Расчет затрат на электроэнергию:
,                  (5.9)        
где: Ny - мощность оборудования;
Киспол - коэффициент использования;
Кзагруж - коэффициент загрузки;
Дi - время работы iого оборудования;
Наименование оборудования
Ny,
кВт
Kзагуж
Киспол.
Дi,
дни
Цэлек.,руб.
Сэлек,
Руб.
ПК
0,4
0,6
0,8
12,2
2,75
51,53
Освещение
0,7
0,8
0,9
4,2

46,57
Вентиляция
1,4
0,6
0,9
4,2

69,96
Итого:

168,06
 q = 8 часов 
Таблица 5.6 – Затраты на электроэнергию

5.3 Расчет амортизационных отчислений.
     Расходы на амортизацию следует рассчитывать в том случае, если оборудование в дальнейшем потребуется для других НИиОКР. В том случае если приобретенное или изготовленное оборудование будет использоваться только для указанной НИиОКР, то его полная стоимость относится к капитальным затратам и полностью включается в затраты на НИиОКР.  
     
 руб.                            (5.10)
где:   Fоборуд. – годовое эффективное время работы оборудования:
     
     Fоборуд. = (365 – Пр – Вых )?q?n ?Kзагруж. ;                                            
     Намор – величина амортизационных отчислений;
     Кзагруж. – коэффициент загрузки i–го используемого оборудования;
     tобщ. – общее время работы используемого оборудования:
     tобщ. = Д обору.i ? q ? n ?Kиспол.,                                    (5.11)
где: Д обору.i – время работы i–го оборудования;
n – количество проведенных экспериментов;
К испол. – коэффициент использования i–го оборудования;
Собору - первоначальная стоимость используемого оборудования.
     Калькуляция затрат на амортизацию занесена в таблицу 5.7.
Таблица 5.7 – Амортизация используемого оборудования
Наименование оборудования
Собору,
Руб.
Kзагруж.
Киспол.
Намор
?tм,
час
Fобору.,
Час.
Само,
Руб.
ПК
30000
0,9
0,9
0,2
88
1771
298,14
Стенд
17000


0,5
31

148,77
Итого: 
446,91
Расчет накладных затрат:
 руб.,          (5.12)
где: Кнаклад = 35- коэффициент накладных расходов,%
Зиспол.- заработная плата работников.
     Расчет статьи затрат “Покупные детали и материалы” производится по формуле:
?Пи=?Цi?Впi+Ктзр/100, руб.                                (5.13)
где - Цi – о.......................