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.

Номер контракта: 14.577.21.0080

Руководитель: Блохин Александр Николаевич

Должность: Главный научный сотрудник (руководитель проекта)

Организация: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева"
Организация докладчика: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный технический университет им.Р.Е.Алексеева"

Аннотация скачать
Постер скачать
Презентация скачать
Ключевые слова:
амфибия, вездеход, транспортное средство повышенной проходимости, энергоэффективность движителя, экологичность движителя, подвижность, опорная поверхность движения, снег

Цель проекта:
Реализуемый проект направлен на 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. Целью выполнения ПНИ является создание экспериментального образца амфибийного вездеходного транспортного средства с колесной формулой 8х8 и высокими экологическими качествами движителя (далее экспериментальный образец ВТС), предназначенного для работы в сложных и особо сложных природно-климатических условиях на опорных поверхностях с низкой несущей способностью, обеспечивающего всесезонные энергоэффективные транспортные перевозки необходимые для более интенсивного освоения промышленных регионов Севера и Северо-Востока России и других районов с недостаточно развитой транспортной сетью и чрезвычайной экологической уязвимостью.

Основные планируемые результаты проекта:
При выполнении ПНИ будут получены следующие научно-технические результаты:
- Аналитическая модель деформируемой шины с протектором с учетом данных экспериментальных исследований;
- Алгоритм работы управления трансмиссией в различных режимах
- Концепция выбора типа транспортного средства в сложных природно-климатических, тяжелых дорожных условиях и на бездорожье;
- Имитационную модель движения экспериментального образца вездеходного транспортного средства (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;
- Результаты экспериментальных исследований физико-механических свойств снежных опорных поверхностей с низкой несущей способностью и многофакторные зависимости жесткости, твердости, связности снега и угла внутреннего трения от плотности снега, температуры, влажности;
- Методика выбора оптимальных параметров основных систем и узлов экспериментального образца ВТС;
- Схема системы автоматического управления коробкой передач и сцеплением экспериментального образца ВТС;
- Результаты лабораторных экспериментальных исследований работоспособности агрегатов экспериментального образца ВТС;
- Результаты экспериментальных исследований статических характеристик шин с высокими экологическими качествами на стенде;
- Результаты экспериментальных исследований эксплуатационных свойств экспериментального образца ВТС в тяжелых дорожных условиях и на бездорожье;
- Рекомендации по разработке и созданию нормативно-технической документации для вездеходных транспортных средств в области плавности хода, управляемости и устойчивости;
- Технико-экономическое обоснование разработки ВТС;
- Обобщение и оценку полученных в ходе ПНИ результатов, в том числе, оценку эффективности полученных результатов в сравнении с современным научно-технических уровнем, а также оценку полноты решения задач и достижения поставленных целей ПНИ;
- Рекомендации и предложения по использованию результатов ПНИ в реальном секторе экономики, а также в дальнейших исследованиях и разработках.
- Программа ЭВМ реализации алгоритма работы системы управления трансмиссией в различных режимах работы;
- Эскизная конструкторская документация:
– на агрегаты перспективной трансмиссии,
– на узлы и детали системы поддержания оптимального давления воздуха в шине, подвески, рулевого управления и его привода, тормозной системы и ее привода, привод водяного движителя (водомета), раму-лодку и корпус (интерьер, экстерьер), общую компоновку ВТС.
- Технологическая документация для изготовления экспериментального образца ВТС, его узлов и агрегатов.
- Узлы и агрегаты экспериментального образца ВТС:
- Экспериментальный образец ВТС.
- Программы и методики испытаний экспериментального образца ВТС в тяжелых дорожных условиях и на бездорожье;
- Программы и методики лабораторных испытаний узлов и агрегатов экспериментального образца ВТС.
- Инструкция по использованию экспериментального образца ВТС.
- Проект технического задания для проведения ОКР по теме «Создание высокотехнологичного производства опытной серии амфибийных вездеходных транспортных средств с колесной формулой 8х8 и высокими экологическими качествами движителя».

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Основным результатом проводимого ПНИ является экспериментальный образец вездеходного транспортного средства (ВТС), в ходе создания которого проводится большой комплекс научных и конструкторско-технологических работ.
Полученные результаты позволять обеспечить технические характеристики экспериментального образца ВТС в соответствии с требованиями Технического задания, не уступающие мировым аналогам: максимальная скорость движения на твердой поверхности - не менее 80 км/ч, время разгона на пути 1000 м не более 63 с., расход топлива 27.5 -30 л/100 км (при движении на 6 передаче в диапазоне скоростей 30-55 км/ч).
Научной новизной является разработанная аналитическая модель деформируемой шины с протектором с учетом данных экспериментальных исследований и вариационного принципа Гамильтона-Остроградского. Полная система интегро-дифференциальных уравнений, определяющих движение колеса в неподвижной вертикальной плоскости с учетом динамических граничных условий, полученных с использованием уравнений Лагранжа первого рода с неопределенными множителями, и условие связи ударных явлений на концах зоны контакта. Научной новизной и высокой практической ценностью является математическая модель процесса движения экспериментального образца ВТС по опорной поверхности с низкой несущей способностью, учитывающая физический процесс взаимодействия шины сверхнизкого давления со снегом.
Научно-технические результаты соответствуют мировому уровню, что подтверждается участием в международных конференциях и публикациями в международных изданиях.

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, строительством магистрального нефтепровода «Восточная Сибирь – Тихий океан» (ВСТО-2), 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 ростом потребности в спасательных средствах, сочетающих свойства вездеходных транспортных средств и амфибий.Эффекты от внедрения результатов проекта В настоящее время существует, и будет существовать в последующие десятилетия, техническая, экономическая и социальная потребность в использовании вездеходных транспортных средств, имеющих амфибийные свойства (вездеходов-амфибий). Следует отметить, что в настоящее время наша страна не располагает так необходимым ей парком энергоффективных машин 2
высокой проходимости. Существующая вездеходная техника, выполненная по старым традиционным схемам и серийно выпускаемая промышленностью, не отвечает требованиям, определяющим эффективность и экологичность движителей машин в сложных природно-климатических условиях эксплуатации.

По расчетам МГТУ им. Н.Э. Баумана, общая потребность только северных регионов России для гражданских целей на ближайшие 10 лет составит не менее 20 тысяч единиц колесных вездеходных транспортных средств, сегментация спроса в соотношении по грузоподъемности следующая: 400-600 кг. – 20%; 800-1200 кг. – 20%; 1500-3000 кг. – 60%. В связи с этим можно утверждать, что емкость Российского рынка вездеходов грузоподъемностью до 3 т. составляет не менее 2000 единиц в год. Рынок занят не более чем на 35– 40%. Всего на рынке России представлено порядка 120 отечественных моделей специальных автотранспортных средств с шинами низкого и сверхнизкого давления для бездорожья, но в сегменте транспортных средств с колесной формулой 8х8 грузоподъемностью 1,5-2,0 т., в котором планируется проводить исследования, выпускается 2 модели, поэтому барьеры для входа на рынок новых игроков отсутствуют.

Текущие результаты проекта:
- Разработана концепция обоснования и выбора типа экспериментального образца ВТС, на основании которой выбраны принципиальные конструктивные решения по созданию экспериментального образца вездеходного транспортного средства, имеющего колесную формулу 8х8, шины сверхнизкого давления, коробку передач с автоматической системой управления, раздаточную коробку с отбором мощности на водяной движитель, проходную главную пару, колесные редуктора с системой подкачки, оригинальную конструкцию рамы лодки и корпуса.
- Разработана оптимальная компоновка экспериментального образца ВТС в условиях ограниченного пространства рамы-лодки на основе модульно-унифицированного принципа конструирования, заключающегося в выделение конструктивно и технологически подобных составных частей изделия – модулей; использующих максимальную унификацию с точки зрения их конструкции, функционального назначения и технологии изготовления; позволяющий создание максимально унифицированного модельного или типоразмерного ряда вездеходов на основе однотипных решения для транспортных средств с колесной формулой 4х4, 6х6 и 8х8 различного назначения (пассажирских, грузовых, грузо-пассажирских, специализированных со специальными надстройками, спасательных и т.д.).
- Разработана аналитическая модель деформируемой шины с протектором с учетом данных экспериментальных 1 исследований и вариационного принципа Гамильтона-Остроградского.Определена полная система интегро-дифференциальных уравнений, определяющих движение колеса в неподвижной вертикальной плоскости с учетом динамических граничных условий, полученных с использованием уравнений Лагранжа первого рода с неопределенными множителями, и условие связи ударных явлений на концах зоны контакта.
- Разработана математическая модель процесса движения экспериментального образца ВТС по опорной поверхности с низкой несущей способностью, учитывающая физический процесс взаимодействия шины сверхнизкого давления со снегом. Особенностью разработанной модели взаимодействия шины сверхнизкого давления экспериментального образца ВТС со снегом, являются сложная геометрическая форма зоны контакта, имеющая в продольном сечении форму окружности, а в поперечном сечении форму эллипса, и учет распределения нормальных давлений, имеющих косинусоидалный закон, во всей области контакта.
- Проведено обоснование основных технически решений при разработке несущей системы. На основе конечно элементного анализа проведена оценка напряженно-деформированного состояния конструкции, при котором оценивались допустимые эквивалентные напряжениям критерия Мизеса и по максимальным деформациям.
- Получены аналитические зависимости для определения показателей контактной и изгибной несущей способности для передач с внешним зацеплением и планетарных передач, а также расчетные зависимости для сравнительной долговечности, которая дает возможность быстрого прогнозирования по применению агрегата и его ожидаемой надежности при изменении крутящего момента двигателя.
- Определена производительность машины при движении по снегу, являющаяся произведением скорости передвижения машины и массы перевозимого груза, с использованием которой целесообразно обосновывать выбор конструктивных параметров машины на стадии проектирования и анализировать возможность движения в заданных условиях при ее эксплуатации.