Регистрация / Вход
Прислать материал

14.574.21.0107

Аннотация скачать
Постер скачать
Презентация скачать
Общие сведения
Номер
14.574.21.0107
Тематическое направление
Транспортные и космические системы
Исполнитель проекта
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева"
Название доклада
Разработка многофункционального вездеходного транспортного средства, оборудованного интеллектуальными системами привода колесных движителей, обладающего повышенным уровнем энергоэффективности и улучшенной топливной экономичностью
Докладчик
Куркин Андрей Александрович
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Цель проекта: Получение значимых научных результатов, позволяющих переходить к созданию многофункционального вездеходного транспортного средства (МВТС), оборудованного интеллектуальными системами привода колесных движителей, обладающего повышенным уровнем энергоэффективности и улучшенной топливной экономичностью.
Задачи проекта:
1. Оценка физико-механических характеристик опорных поверхностей бездорожья.
2. Разработка математической модели движения МВТС в условиях бездорожья и определение рациональных параметров для конструирования МВТС.
3. Разработка математической модели функционирования интеллектуальной системы привода колесных движителей МВТС.
4. Разработка алгоритмов управления системой привода колесных движителей МВТС.
5. Разработка эскизной конструкторской документации для изготовления экспериментального образца МВТС.
6. Изготовление экспериментального образца и проведение его натурных исследовательских испытаний.
7. Разработка проекта 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».
Актуальность и новизна исследования
В последние годы особую важность приобретают вопросы создания высокоэффективных наземных транспортно-технологических средств, 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 и в том числе для заснеженной местности (как наиболее сложной для движения), проектировщик задается вопросом обеспечения необходимого уровня проходимости машины. Неизученным моментом при проектировании колесных машин является расчет эффективности их движения на местности. При этом если машины обладают достаточной проходимостью на местности, это еще не означает, что во всех случаях это достигается рациональным образом по эффективности.
Повышение эффективности ТТМ при движении может быть достигнуто за счет выбора рациональной конструкции машины и учета степени ее соответствия условиям эксплуатации.
В парке современных транспортных средств есть довольно развитый сегмент автомобилей повышенной проходимости, в том числе и многоосных. 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.
Описание исследования

В ходе выполнения работ 1 этапа был проведен анализ информационных  источников и патентный поиск, в результате которых выбрана схема моторно-трансмиссионной установки с гидрообъемным приводом колесного движителя и параметры системы подрессоривания и ходовой части.

Разработан универсальный подход к оценке физико-механических свойств материалов поверхностей движения, который позволяет представить все многообразие материалов поверхностей движения и определять пределы подвижности ТТМ по проходимости.

Разработана и исследована математическая модель криволинейного движения полноприводной многоосной колёсной машины по деформируемой опорной поверхности (в условиях) бездорожья для оценки энергоэффективности и топливной экономичности, особенностью которой является возможность регулирования параметров ГОТ, с помощью которой в дальнейшем может производиться поиск алгоритмов работы интеллектуальной системы привода колесных движителей МВТС.             Разработана программная документация на математическую модель движения МВТС в условиях бездорожья.

Проведен обоснованный выбор критериев оценки эффективности и топливной экономичности, удобных для использования, как при математическом моделировании, так и по данным экспериментальных исследований.

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.

В ходе выполнения работ 2 этапа разработан эскизный проект экспериментального образца МВТС. Разработаны структурная, функциональная и гидравлическая схемы МВТС.

Проанализированы наиболее известные стратегии распределения мощности по колесным движителям многоосных машин, включая системы автомобилей с электромеханической и гидростатической трансмиссией. Рассмотрев ограничения технической реализации, для разрабатываемого МВТС были предложены работоспособные алгоритмы управления гидрообъемным приводом колесных движителей МВТС.

Разработана математическая модель и проведено имитационное моделирование функционирования интеллектуальной системы привода колесных движителей МВТС в условиях бездорожья.

По результатам численного моделирования проведена оценка энергоэффективности и топливной экономичности МВТС, позволившая сделать выводы об эффективности использования разработанных алгоритмов управления гидрообъемным приводом колесных движителей МВТС. На основе анализа характеристик и режимов работы двигателя и гидрообъемной трансмиссии, результатов численного моделирования и оценки энергоэффективности и топливной экономичности МВТС осуществлен и обоснован предварительный выбор параметров, характеристик и регулировок ГОТ. В качестве научной новизны можно выделить следующее: рассмотрен вопрос разработки высокоэффективного МВТС с ГОТ с возможностью всеколесного управления (новый объект исследования); осуществлена разработка алгоритмов контроля буксования на объекте с гидродифференциальным приводом колесных движителей по борту с использованием комплексного подхода к проектированию систем управления.

В ходе выполнения работ 3 этапа осуществлено изготовление экспериментального образца МВТС. Осуществлено планирование экспериментального исследования МВТС. Разработаны программы и методики натурных и стендовых исследовательских испытаний экспериментального образца МВТС.

В рамках 4 этапа проведены стендовые и натурные исследовательские испытания экспериментального образца МВТС, определены значения параметров и показателей эксплуатационных свойств разработанного шасси, осуществлена доработка ЭО МВТС по результатам испытаний.

Представлены результаты, позволившие оценить подвижность и эффективность функционирования ЭО МВТС; надежность эксплуатации по проходимости, устойчивости движения и сохранению работоспособности его узлов; определить значения параметров и показателей эксплуатационных свойств разработанного шасси и наметить пути оптимизации конструкции МВТС.

В результате проведенных экспериментальных исследований установлена эффективность разработанного изделия и определено соответствие параметров МВТС предъявляемым ТЗ требованиям.

Результаты исследования

1. Оптимальный вариант конструкции многофункционального вездеходного транспортного средства (МВТС).

3. Оценки физико-механических характеристик опорных поверхностей бездорожья.

4. Результаты анализа математических моделей движения МВТС в условиях бездорожья и функционирования интеллектуальной системы привода колесных движителей МВТС.

4. Параметры, характеристики и регулировки гидростатической трансмиссии.

5. Отчет о натурных исследовательских испытаниях ходового экспериментального образца (ЭО) МВТС.

6. Эскизная конструкторская документация для изготовления экспериментального образца МВТС.

7. Экспериментальный образец МВТС, оборудованный интеллектуальными системами привода колесных движителей, обладающий повышенным уровнем энергоэффективности и улучшенной топливной экономичностью.

8. Эскизная конструкторская документация для изготовления стенда для проведения исследований процесса взаимодействия движителей МВТС с опорной поверхностью.

По результатам проекта получено два патента на полезную модель (№153670 от 27.07.2015 «Транспортное средство высокой проходимости на шинах сверхнизкого давления с колесной формулой 8х8» и № 155243 от 27.09.2015 "Транспортное средство высокой проходимости снегоболотоход на шинах сверхнизкого давления с колесной формулой 8х8 с возможностью управления поворотом посредством всех колес"). Подана заявка на полезную модель «Сочлененное двухзвенное транспортное средство высокой проходимости снегоболотоход на шинах сверхнизкого давления с колесной формулой 16х16» (заявка № 2016129255).

Большинство полученных результатов являются новыми, что подтверждается их публикациями в высокорейтинговых журналах (Вестник машиностроения, Известия высших учебных заведений. Машиностроение, Экологические системы и приборы).

Результаты проекта отмечены серебряной медалью на Женевском 43-м Международном салоне изобретений, 15-19 апреля 2015, серебряной медалью на 26-ой международной выставке инноваций ITEX’15, 21-23 мая 2015 г. в Конгресс центре г. Куала-Лумпур (Малайзия), бронзовой медалью на Сеульской международной ярмарке изобретений SIIF’15 (Сеул, Корея, 26-29 ноября 2015 г.).

Информация о ходе выполнения проекта размещена на официальном сайте Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева (http://www.nntu.ru/).

Практическая значимость исследования
Ежегодно организациями и частными лицами в РФ приобретается в среднем 700 – 750 единиц новой техники, произведенной в России.
Объем продаж импортной техники составляет около 30%. Рынок тяжелых вездеходов снаряженной массой более 3 тонн в России развит слабо, производство единичное.
Проведенный анализ показал, что наибольшее количество существующих моделей вездеходов имеет колесную фомулу 4х4 (47%), вездеходы 6х6 (30%), около 20% - модели 8х8.
Следует отметить, что средние и тяжелые вездеходы 8х8 по своей сути являются потенциальными конкурентами гусеничным транспортным средствам, производители 8х8 на данный момент не выдерживают конкуренцию в силу различных причин, хотя данные транспортные средства имеют ряд преимуществ, в т.ч. оказание существенно меньшего вредного воздействия на почвенный покров.
Многофункциональные вездеходные транспортные средства, оборудованные интеллектуальными системами привода колесных движителей, обладающих повышенным уровнем энергоэффективности и улучшенной топливной экономичностью имеют высокий потребительский потенциал в связи с необходимостью решения транспортно-технологических задач, а также повышенным вниманием к решению экологических вопросов Основной областью применения данных транспортных средств являются районы Сибири и Дальнего Востока. Эти территории отличаются сложными природно-климатическими условиями, слабой развитостью сети дорог общего пользования по сравнению с европейской частью России, сосредоточением наибольших запасов углеводородов, руд и других полезных ископаемых.
Выведение данной техники на рынок является своевременной задачей, при условии обеспечения благоприятных условий для потребителей как в техническом плане, так и в предоставлении конкурентной цены и гарантийного и послегарантийного обслуживания.
Таким образом, результаты проекта 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. Основными потребителями этого вида продукции будут предприятия нефтегазового комплекса, энергетики, геологии, геофизики, а также для туристических фирм.
Презентация

Presentation_TS_14.574.21.0107.pptx