Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка, исследование и создание амфибийного вездеходного транспортного средства с колесной формулой 8х8 и высокими экологическими качествами движителя для обеспечения жизнедеятельности на Севере.

Докладчик: Блохин Александр Николаевич

Должность: Доцент, кандидат технических наук

Цель проекта:
1. Проблемой, на решение которой направлен проект является создание вездеходных почвонеразрушающих транспортных средств следующих поколений, превосходящих лучшие мировые аналоги по функциональным и технико-экономическим показателям, разработанных на основе научных исследований, инновационных технических решений и экологически безопасных технологий, способствующих обеспечению экспортного потенциала и замещению импорта, снижению экологической нагрузки на природу. 2. Целью выполнения ПНИ является создание экспериментального образца амфибийного вездеходного транспортного средства с колесной формулой 8х8 и высокими экологическими качествами движителя, предназначенного для работы в сложных и особо сложных природно-климатических условиях на опорных поверхностях с низкой несущей способностью (болото, снег), обеспечивающего всесезонные энергоэффективные транспортные перевозки необходимые для более интенсивного освоения промышленных регионов Севера и Северо-Востока России и других районов с недостаточно развитой транспортной сеть и чрезвычайной экологической уязвимостью.

Основные планируемые результаты проекта:
В процессе выполнения проекта будут получены следующие новые результаты:
- Алгоритм работы основной системы управления коробкой передач и сцеплением в автоматическом режиме.
- Научно-обоснованный метод выбора типа транспортного средства в сложных природно-климатических и тяжелых дорожных условиях
- Расчетно-экспериментальный метод математического моделирования взаимодействия колесных движителей с деформируемыми опорными основаниями с низкой несущей способностью.
- Расчетно-экспериментальный метод оценки и выбора конструктивных параметров трансмиссии ВТС, способствующих повышению проходимости, энергоэффективности и подвижности колесных транспортных средств при движении на опорных поверхностях с низкой несущей способностью.
- Научно-обоснованный метод выбора конструктивных параметров рамы лодки и корпуса ВТС с использованием результатов конечно-элементного анализа модели несущей системы в условиях, имитирующих действие статических и динамических эксплуатационных нагрузок.
- Математическая модель процесса движения ВТС по опорной поверхности с низкой несущей способностью.
- Имитационная модель движения ВТС с опорной поверхностью с низкой несущей способностью
- Математическая модель процесса переключения передач с целью определения действительного интервала ступеней трансмиссии в зависимости от условий движения, кинематических параметров трансмиссии.
- Многофакторные модели жесткости, твердости, связности снега и угла внутреннего трения от плотности снега, температуры, влажности, позволяющие адекватно описывать физико-механические свойства снега в математических моделях взаимодействия движителей со снегом в процессе движения ВТС, и определять затраты энергии на движение, оценивать энергоэффективность движителей и нагрузку на детали трансмиссии
- Методика выбора оптимальных параметров системы рулевого управления ВТС, позволяющей управлять всеми колесами транспортного средства;
- Методика выбора оптимальных параметров системы подрессоривания и ходовой системы ВТС на основе многофакторного анализа показателей плавности хода.
- Методика выбора оптимальных параметров межосевых и межколесных дифференциалов и механизмов их блокировки
- Методика выбора оптимальных параметров рулевого управления.
- Методика выбора оптимальных параметров тормозного управления.
- Методика выбора оптимальных передаточных чисел трансмиссии на основе методов многокритериальной оптимизации и многофакторного анализа.
- Методика выбора оптимальных параметров автоматической системы управления ступенчатой механической коробкой передач и сцеплением
- Методика исследования динамических процессов при переключении передач, протекающих в коробке передач с автоматизированным управлением и электропневматическим приводом.
- Методика оценки усталостной долговечности деталей трансмиссии и ходовой части.
- Оценочные критерии напряженности агрегатов трансмиссии, несущей способности отдельных элементов и узлов
- Закон управления ВТС, направленных на повышение безопасности и энергоэффективности.
- Закон автоматического управления коробкой передач и сцеплением
- Схема системы автоматического управления коробкой передач и сцеплением.
- Программы и методики испытаний ВТС в тяжелых дорожных условиях и на бездорожье.
- Программы и методики лабораторных испытаний узлов и агрегатов ВТС
- Программа ЭВМ реализации алгоритма работы основной системы управления при командном типе управления коробкой передач и сцеплением
- Программа ЭВМ реализации алгоритма работы основной системы управления коробкой передач и сцепления в автоматическом режиме.
- Результаты экспериментальных исследований эксплуатационных свойств ВТС в тяжелых дорожных условиях и на бездорожье;
- Результаты лабораторных экспериментальных исследований работоспособности агрегатов ВТС
- Результаты расчетно-экспериментальных исследований статических характеристик пневмоколесных движителей сверхнизкого давления с высокими экологическими свойствами.
- Рекомендации по разработке и созданию нормативно-технической документации для ВТС в области плавности хода, управляемости и устойчивости.
- Рекомендации по использованию результатов проведенных НИР в образовательном процессе.


Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Потенциальными потребителями вездеходной техники являются предприятия, занятые в следующих отраслях:
- Добыча нефти и газа;
- Геологоразведка;
- Горнодобывающая промышленность;
- Сетевые энергетические, водоснабжающие и коммуникационные компании;
- Лесная промышленность;
- Природоохраняемые территории и охрана окружающей среды;
- Сельское хозяйство;
- Охота, рыбалка и туризм;
- Правоохранительные органы, скорая медицинская помощь и ликвидация ЧС.
В настоящее время особое внимание уделяется развитию территорий Российской Федерации со сложными природно-климатическими условиями и труднодоступными, малоосвоенными, но богатыми природными ископаемыми ресурсами. С развитием добывающей промышленности значительно возрастают потребности предприятий ТЭК в вездеходных транспортных средствах. В связи с активной разработкой новых нефтяных и газовых месторождений, с освоением новых территорий предприятиями лесного комплекса возрастает потребность в средствах оперативного реагирования и устранения чрезвычайных пожарных ситуаций, а также оснащение современной техникой служб МЧС РФ.
Внешние рынки продукции развиваются с освоением Арктических территорий и потребностью в спасательных средствах, сочетающих свойства вездеходных транспортных средств и амфибий.
Разработанные вездеходы-амфибии позволят обеспечить достижения в различных аспектах.
Экономический аспект:
- Создание энергоэффективной вездеходной техники обеспечивает значительное снижение затрат на обеспечение транспортных операций в труднодоступных районах нашей страны.
- Создание более доступных (по сравнению с гусеничными машинами) вездеходов может послужить толчком к развитию предпринимательства в регионах Севера и Северо-Востока России.
Экологический аспект:
- Выполнение жестких норм экологической безопасности по выбросам вредных веществ и уровню шума, соответствующих Евро-4, и требованиям Евро-5 в экспортном варианте.
- Экологический эффект определялся суммированием непроизводительных затрат на восстановление почвеннорастительного покрова после прохождения гусеничной техники.
Социальный аспект:
- Обеспечение передвижения на значительные расстояния (радиус автономного действия не менее 500 км) как по дорогам общего пользования, так и по опорным поверхностям с низкой несущей способностью: болотам, тундре, глубокому снегу, а также преодолевать глубокие водные преграды, в том числе против течения, т.е. обеспечивать движение без затрат на создание дорожной инфраструктуры. Вездеход-амфибия обеспечит оперативную связь с гражданами, проживающими в труднодоступных районах (доставка почты, продуктов питания, выплата пенсий, проведение государственных выборов).
- Создание более комфортных условий для жизни и работы в сложных природно-климатических зонах и предоставление потребителям новых возможностей: для организаций – сокращение производственных издержек, повышение производительности труда, осуществление транспортировки людей и товаров от «от двери до двери», а также исполнение функций государственных структур независимо от наличия дорог, природно-климатических и погодных условий (охраны пограничных территорий, правопорядка, наркоконтроля, оказания медицинской помощи); для индивидуальных и организованных туристов – организации отдыха на природе, в т.ч. в заповедных территориях, передвижения по которым имеет серьезные ограничения;

Текущие результаты проекта:
1) На основе работ ведущих отечественных и зарубежных ученых проведен аналитический обзор работ по взаимодействию колесного и гусеничного двигателя со снежным полотном пути, а также при движении по грунту, в котором рассмотрены перспективные способы моделирования криволинейного движения транспортных средств (в том числе и пространственные) и модели взаимодействия колесных движителей с полотном пути, отличающихся между собой количеством учитываемых параметров и способом представления реальных конструктивных особенностей в модели. В этих работах представлены новые экспериментальные данные о распределении
нормальных давлений в пятне контакта, полученные при взаимодействии широкопрофильных шин сверхнизкого давления с опорными поверхностями, уточненные математические модели процесса взаимодействия колесных движителей, имеющие шины сверхнизкого давления, со
слабонесущими опорными поверхностями; проанализированы критерии оценки характеристик эффективности работы внедорожных транспортных средств разных типов в зависимости от их функциональных требований. Выявлено, что другим из перспективных способов моделирования контактного взаимодействия колеса с опорной поверхностью является использование алгоритмов, основанных на методе конечных элементов (МКЭ). Кроме этого, установлено, что актуальным направлением современных исследований является создание планетоходов для определения физико-механических свойств поверхностей планет солнечной системы.
2) Проведен обзор конструкций, технических решений и технических характеристик представленных в открытых информационных источниках четырехосных вездеходных транспортных средств, таких как "Шаман", "Елисей", "Montero", "Тром", Argo, "Беркут" и других. В работе произведена систематизация сведений по конструкции транспортных средств, имеющих шины сверхнизкого давления, предназначенных для эксплуатации на опорных поверхностях с низкой несущей способностью. При этом установлено, что:
– данные транспортные средства в основном оснащены агрегатами серийных легковых и легких коммерческих автомобилей;
– в качестве энергетических установок в большинстве рассмотренных транспортных средств применяются бензиновые двигатели ВАЗ или УАЗ;
– в качестве элементов трансмиссии наиболее часто используются узлы и агрегаты серийных автомобилей УАЗ, ГАЗ, ВАЗ;
– у большинства рассмотренных транспортных средств наблюдается сильное рассогласование в параметрах двигателя и трансмиссии. Это обстоятельство приводит к существенному снижению показателей энергоэффективности, проходимости, тягово-скоростных свойств, топливной
экономичности и подвижности транспортных средств при движении на слабонесущих опорных поверхностях (например, на глубокой снежной целине).
3) На основе анализа конструкции транспортных средств с колесной формулой 8х8 на шинах сверхнизкого давления установлено, что в настоящее время наиболее перспективным транспортным средством является вездеход «Шаман», имеющий наиболее приемлемые технические показатели проходимости, тягово-скоростные свойства и топливную экономичность, но одновременно и наиболее высокую стоимость.
4) Проведенные патентные исследования в соответствии с ГОСТ Р 15.011-96 позволили определить уровень техники в области конструкции вездеходных транспортных средств на шинах сверхнизкого давления, конструкции шин сверхнизкого давления, конструкции колес для шины
сверхнизкого давления, необходимые для выработки направлений и новых технических решений при выполнении научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по разработки транспортных средств на шинах сверхнизкого давления с колесной формулой 8х8.
5) Из анализа отобранных патентов выявлено, что основные усилия разработчиков направлены на достижение оптимальной развесовки, улучшение параметров геометрической проходимости, улучшение маневренности, улучшение показателей плавучести, максимальную унификацию с узлами серийных транспортных средств.
6) Проведенный обзор работ, посвященных исследованию физико-механических свойств опорных поверхностей с низкой несущей способностью, показал, что наиболее трудной для преодоления вездеходных транспортных средствами являются снежные опорные поверхности.
7) На основании анализа ранее выполненных работ определены основные физико-механические свойства снега как полотна пути для движения машин и характер изменения наиболее важных свойств снега, таких как плотность, твердость, жесткость, фрикционные свойства (связности, угол внутреннего трения).
8) Текущие результаты проекта представлены в 2-х Международных конференциях, до конца года запланировано участие еще в 4-х.