Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка многофункционального вездеходного транспортного средства, оборудованного интеллектуальными системами привода колесных движителей, обладающего повышенным уровнем энергоэффективности и улучшенной топливной экономичностью

Докладчик: Барахтанов Лев Васильевич

Должность: профессор, Профессор кафедры "Автомобильные" Доктор технических

Цель проекта:
В последние годы особую важность приобретают вопросы создания высокоэффективных наземных транспортно-технологических средств (ТТС), областями использования которых являются транспортное обеспечение газо- и нефтепромыслов; строительство, ремонт и инспектирование линейных сооружений (трассы трубопроводов, линии электропередач и связи); транспортировка топогеодезических, геологических и буровых отрядов по тундре с сохранением целостности почвенного покрова северных биогеоценозов; доставки медицинского оборудования, продовольствия и различных грузов в районах Севера, Сибири и Дальнего Востока. При разработке транспортно-технологических машин (ТТМ) для бездорожья, проектировщик задается вопросом обеспечения необходимого уровня проходимости машины. Однако важнейшими задачами функционирования вездеходных машин нового поколения также являются обеспечение максимально большого запаса хода и эффективной реализации мощности энергетической установки. Улучшение данных часто входящих в противоречие эксплуатационных свойств не может быть достигнуто только за счет выбора рациональной конструкции машины. Достижение требуемых показателей энергоэффективности транспортных средств при передвижении в условиях бездорожья можно обеспечить путем применения гидрообъемных трансмиссий (ГОТ), сочетающих индивидуальный регулируемый силовой привод каждого колеса с автоматическим электронным управлением. Применение ГОТ позволяет снизить потери на сопротивление движению и повысить сцепные возможности, что повысит проходимость, улучшит топливную экономичность и снизит вредное воздействие машины на почву. Кроме того установка ГОТ позволяет обеспечить оптимальную компоновку автомобиля (за счет более свободного выбора мест размещения агрегатов трансмиссии). Наиболее известным ТТС с ГОТ является разработанный ОАО «НАМИ-Сервис» совместно с объединениями «АМО-ЗИЛ» и НПО им. Лавочкина 3-хосный автомобиль «Гидроход-49061». Однако завышенные массогабаритные характеристики данного транспортного средства не позволяют эффективно и с минимальными затратами решать поставленные задачи. В качестве рациональных средств выполнения заявленных задач следует рассматривать класс шасси меньшей весовой категории и габаритных характеристик. Кроме того, при проектировании многофункционального вездеходного транспортного средства с целью обеспечения высокой динамической подвижности необходимо заложить применение наиболее приспосабливаемой к условиям движения системы подрессоривания. Лучшим вариантом представляется независимая подвеска, положительные стороны которой проявляются в комбинации с применением ГОТ за счет осуществления непосредственного привода колесных движителей. Также положительной стороной является возможность использования схемы всеколесного рулевого управления с индивидуальным приводом поворота колес при данном варианте компоновки шасси, чем обеспечатся лучшие показатели профильной проходимости и маневренности ТС. Данный проект направлен на получение значимых научных результатов, позволяющих переходить к созданию многофункционального вездеходного транспортного средства, оборудованного интеллектуальными системами привода колесных движителей, обладающего повышенным уровнем энергоэффективности и улучшенной топливной экономичностью.

Основные планируемые результаты проекта:
Основные планируемые результаты проекта:
1. Эскизная конструкторская документация для изготовления макета многофункционального вездеходного транспортного средства (МВТС), оборудованного интеллектуальными системами привода колесных движителей.
2. Макет МВТС.
3. Эскизная конструкторская документация для изготовления стенда для проведения исследований процесса взаимодействия движителей МВТС с опорной поверхностью.
4. Стенд для проведения исследований процесса взаимодействия движителей МВТС с опорной поверхностью.
5. Программа и методика стендовых исследовательских испытаний процесса взаимодействия движителей МВТС с опорной поверхностью.
6. Программа и методика натурных исследовательских испытаний макета МВТС.
7. Проект технического задания на проведение ОКР по теме: «Разработка многофункционального вездеходного транспортного средства, оборудованного интеллектуальными системами привода колесных движителей, обладающего повышенным уровнем энергоэффективности и улучшенной топливной экономичностью».

Основные характеристики планируемых результатов, планируемой научной продукции.
1. Характеристики стенда для проведения исследований процесса взаимодействия движителей МВТС с опорной поверхностью:
В состав разрабатываемого стенда входят: подвижная часть стенда (фиксируется колесо), неподвижная часть стенда; система нагружения (гидравлическая), комплекс измерительной аппаратуры для определения усилий и перемещений. Стенд будет выполнять следующие функции: осуществляет нагружение шины на грунтовой поверхности; получает закономерности погружения колеса в зависимости от нагрузки при различных давлениях воздуха в шине, получает поверхности распределения напряжений в контакте шины с опорной поверхностью. Основные технические характеристики стенда: максимальные габариты испытываемого колеса составляют 750 мм по радиусу, 700 мм по ширине профиля; максимальная вертикальная нагрузка на колесо не менее 10000 Н; скорость вертикального перемещения колеса не менее 0,01 м/с; максимальное вертикальное перемещение элементов конструкции не менее 1 м.
2. Характеристики исследовательского макета МВТС
В состав разрабатываемого исследовательского макета МВТС входят: основание, корпус, силовая установка, топливная и выхлопная системы, система охлаждения, гидростатическая трансмиссия, бортовая передача, тормозная система, ходовая часть, электрооборудование, системы отопления и вентиляции. Установка гидрообъемной трансмиссии (ГОТ) позволяет оптимизировать компоновочную схему за счет более свободного выбора мест размещения агрегатов трансмиссии. Исследовательский макет МВТС будет выполнять следующие функции: передвижение и выполнение транспортно-технологических операций на дорогах всех категорий; передвижение и выполнение транспортно-технологических операций в условиях бездорожья, в том числе на деформируемых опорных поверхностях (снег, песок, болота) и на пересеченной местности; преодоление водных преград вброд и вплавь.
Количественные показатели эксплуатационных свойств исследовательского макета МВТС:
- Максимальная скорость не менее 45 км/ч;
- Максимальный преодолеваемый подъем не менее 60%;
- Скорость движения по воде не менее 5 км/ч;
- Угол поперечной статической устойчивости не менее 30о;
- Запас хода по топливу не менее 350 км;
- Система питания, смазки, охлаждения и пуска двигателя обеспечивают возможность работы машины в сложных природно-климатических условиях (температура от -45 до +40, относительная влажность воздуха – до 80% (при температуре +20));
- Уровень внутреннего шума на рабочем месте водителя соответствует требованиям ГОСТ 27435;
- Содержание вредных веществ в отработавших газах не превышает величин, установленных Правилами ЕЭК ООН №83 для норм ЕВРО-4;
- Тормозные системы соответствуют техническим требованиям по ГОСТ Р51709-2001;
Основные технические характеристики, которые будет иметь исследовательский макет МВТС:
Колесная формула - 8x8
Число посадочных мест (включая водителя) - 13
Кузов- Цельнометаллический, водоизмещающий (лодка)
Снаряженная масса, кг - 4500±150
Грузоподъемность, кг - 3500
Габаритные размеры (длина/ширина/высота), мм - 5650±350/2800±50/2800±50
База, мм - 4350
Колея, мм - 2100±50
Дорожный просвет, мм - 550±50
Мощность двигателя кВт (л.с.) - не менее 110 (150)
Трансмиссия - Гидростатическая
Гидронасосы - 2 аксиально-поршневых насоса с регулируемым объемом и электроприводом управления.
Гидромоторы - 8 аксиально-поршневых мотора с регулируемым объемом и электроприводом управления.
Управление - Бортовый поворот, за счет изменения угловых скоростей гидромоторов по бортам
Подвеска- Независимая, балансирная на поперечных торсионах
Размерность шин, мм - 1300х700
Диапазон рабочих давлений в шине, кПа (кг/см²) - 15-80 (0,15-0,8)
Система электропроводки - Однопроводная, 24 В,
Приборы - На панели приборов смонтированы: тахометр, спидометр, указатель температуры охлаждающей жидкости двигателя, указатель уровня топлива, сигнализаторы, выключатели и переключатели.
Данный проект направлен на разработку многофункционального вездеходного транспортного средства принципиально нового уровня. На основе расчетных исследований выбраны рациональные соотношения полной массы машины и грузоподъемности, а также энерговооруженности для выполнения поставленных задач.
В парке современных транспортных средств образовался довольно развитый сегмент автомобилей повышенной проходимости, в том числе и многоосных (например, снегоболотоход «Тундра» 8х8, вездеход «Вектор»). Однако для передвижения по труднопроходимой местности при резком изменении условий движения обеспечить подвижность машины можно только путем своевременного изменения основных режимов работы отдельных агрегатов и систем машины, чем не обладает большинство образцов современной внедорожной техники. Достижение высокой мобильности транспортных средств при передвижении в условиях бездорожья могут обеспечить автоматические системы поддержания подвижности, способные изменять основные режимы работы отдельных агрегатов и систем мобильного шасси при резком изменении условий движения (при возникновении критических ситуаций).
Оснащение МВТС индивидуальным гидрообъемным силовым приводом колес способствует повышению уровня энергоэффективности при передвижении в условиях бездорожья. Применение гидрообъемной трансмиссии позволяет добиться рационального распределения мощности (крутящего момента) по ведущим колесам в зависимости от условий их взаимодействия с опорной поверхностью, что позволяет значительно повысить средние скорости передвижения машины в сложных дорожных условиях (реализуется максимально возможная по сцеплению тяговая сила за счет поддержания внешнего скольжения колес на требуемом уровне). Одновременно обеспечиваются минимальные энергозатраты при взаимодействии колес с опорной поверхностью (улучшается топливная экономичность), а также экологическая безопасность движителя при работе на слабых почвенно-растительных покровах.
Оптимизированное распределения мощности между ведущими колесами возможно при использовании регулируемых трансмиссий с правильно подобранными управляющими алгоритмами. Разработка данных алгоритмов проводится на базе математических моделей движения МВТС в условиях бездорожья, целесообразность применения которых подтверждается опытом использования отлаженных и апробированных методов имитационного моделирования и хорошей сходимостью результатов расчетных исследований с данными экспериментов. В качестве важного этапа разработки алгоритмов работы привода колесных движителей следует отметить необходимость исследовать взаимовлияние отдельных систем МВТС на работу друг друга (например, влияние работы подвески на работу ГОТ, влияние ГОТ на обеспечение работы двигателя в оптимальном режиме и т.д.). Кроме этого, по результатам исследования взаимного влияния работы отдельных систем МВТС друг на друга могут быть намечены пути улучшения функционирования МВТС в целом.
При проектировании МВТС с целью обеспечения высокой динамической подвижности также заложено применение наиболее приспосабливаемой к условиям движения системы подрессоривания. Также положительной стороной при выбранной конфигурации шасси является возможность дальнейшего перехода от схемы бортового поворота к всеколесному рулевому управлению, что является несомненной перспективой развития разрабатываемой конструкции. Решение этой задачи позволит улучшить динамическую поворотливость МВТС. Таким образом, будет обеспечена высокая подвижность МВТС, значительно снижены энергозатраты на осуществление поворота и требования к квалификации водителя.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Создаваемая научная продукция характеризуется принципиально новыми подходами в области проектирования многофункциональных вездеходных транспортных средств для организаций, осуществляющих транспортное обеспечение газо- и нефтепромыслов, строительство, ремонт и инспектирование линейных сооружений (трассы трубопроводов, линии электропередач и связи); транспортирующих топогеодезические, геологические и буровые отряды по тундре с сохранением целостности почвенного покрова северных биогеоценозов; осуществляющих доставку медицинского оборудования, продовольствия и различных грузов в районах Севера, Сибири и Дальнего Востока.
Результаты ПНИ будут использованы для проведения опытно-конструкторских и опытно-технологических работ, направленных на создание серийного производства многофункциональных вездеходных транспортных средств, оборудованных интеллектуальными системами привода колесных движителей, на предприятии Общество с ограниченной ответственностью «Завод Транспортных машин» (ООО «ТрансМаш»), занимающегося выпуском вездеходных транспортных средств.
Основными потребителями этого вида продукции будут предприятия нефтегазового комплекса, энергетики, геологии, геофизики, туристические фирмы.

Текущие результаты проекта:
Проведен анализ 60 источников и патентный поиск, в результате которых выбраны схема моторно-трансмиссионной установки с гидрообъемным приводом колесного движителя и параметры системы подрессоривания и ходовой части. В плане новизны принятия конструкторских и технологических решений используется подход, обеспечивающий наибольшую унификацию узлов и агрегатов, а также использование в конструкции деталей, узлов и агрегатов отечественного производства. Также научной новизной является использование передовых методов расчета и выбора параметров МВТС с применением метода визуально-ориентированного блочного имитационного моделирования сложных динамических систем.