Регистрация / Вход
Прислать материал

14.578.21.0206

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.578.21.0206
Тематическое направление
Транспортные и космические системы
Исполнитель проекта
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого"
Название доклада
Создание конкурентоспособной продукции нового поколения для современного машиностроения – разработка и применение технологии мультидисциплинарного кросс-отраслевого компьютерного инжиниринга для проектирования и создания элементов конструкций кузова трактора – кабины и навесных элементов (дверей, крышки капота, облицовки радиатора, крыльев)
Докладчик
Степанов Алексей Владимирович
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
– Разработка методики цифрового проектирования кабин и навесных элементов (дверей, крышки капота, облицовки радиатора, крыльев) кузова специальной техники, отвечающих требованиям и стандартам отрасли по безопасности для человека, эргономике, на базе современных методов мультидисциплинарного кросс-отраслевого компьютерного инжиниринга.
– Апробация разработанной методики в процессе создания двух модификаций кабины трактора (для двух модификаций: с реверсивным постом управления и без него) и конструкции навесных элементов кузова: дверей, крышки капота, облицовки радиатора, крыльев.
Актуальность и новизна исследования
В условиях снижения цен на углеводородное сырье, являющееся основной статьей российского экспорта, острую актуальность приобретает задача переориентации отечественной экономики с обслуживания горнодобывающего и нефтегазового секторов на совершенствование промышленности. В контексте развития сельского хозяйства все больше работ проводится по освоению сельскохозяйственных земель и дорожному строительству, для которых требуется все больше универсальных высокопроизводительных машин широкого спектра применения.
В настоящее время на отечественном рынке тракторов ведущие позиции занимают производители из стран СНГ. На импорт из Белоруссии и Казахстана приходится 44% российского рынка. Доля в 15% приходится на машины зарубежных марок, собранные в России. Доля отечественных машин составляет около 10%.
Отечественные трактора, являясь незначительными переработками устаревающих советских моделей, уступают зарубежным аналогам, как с точки зрения эстетического восприятия, так и с точки зрения эргономики и комфорта.
Ввиду вышесказанного, а также в связи с необходимостью реализации импортозамещения, предлагается переориентировать применяемые в настоящее время старые методы проектирования на современные подходы, основанные на мультидисциплинарном кросс-отраслевом компьютерном инжиниринге.
Описание исследования

Разрабатываемая новая методика проектирования предназначена для  создания новых кабин для тракторов пятого тягового класса производства компании ООО «Завод Спецтехники», предназначенных для сельскохозяйственных и дорожных работ. Вновь спроектированная конструкция должна обладать улучшенным дизайном, обзорностью, эргономичностью, а также повышенным виброакустическим и климатическим комфортом.

Решение поставленных задач обеспечивается за счет совместного применения конечно-элементного (FEA), конечно-объемного (CFD) моделирования и методов топологической оптимизации для достижения оптимальных эксплуатационных параметров при минимальном количестве используемого материала. Процесс проектирования с применением технологий компьютерного инжиниринга состоит в следующем: в начале, разрабатывается конечно-элементная модель изделия, затем проводится ее виртуальная проверка на соответствие матрице целей. Если все показатели удовлетворяют целям -  изделие спроектировано оптимально, в противном случае производится анализ параметров модели, вносятся изменения в конструкцию, и цикл повторяется до тех пор, пока не будет получена оптимальная конструкция.

Преимуществами данного подхода являются:

-улучшение потребительских свойств изделия за счет применения инструментов оптимизации;

-сокращение сроков проектирования за счет сокращения количества натурных испытаний;

-снижение затрат за счет уменьшения количества необходимых физических прототипов.

 

Результаты исследования

На первом этапе ПНИЭР формируется основа разрабатываемой методики – задание на проектирование, выраженное в виде набора целевых показателей изделий, учитывающие требования заказчика, отраслевые стандарты, технологические и стилистические ограничения. В рамках этапа были получены следующие основные результаты:

1. Разработана матрица целевых показателей, представляющая собой сформированные технические характеристики изделия, обеспечивающие достижение потребительских свойств в соответствии с требованиями заказчика и отраслевых стандартов. При формировании задания на проектирование двух модификаций кабин и навесных элементов кузова были выделены следующие потребительские свойства кабины: виброакустический комфорт, обзорность, пассивная безопасность, эргономика и внутренний микроклимат.

Для разработки матрицы целевых показателей проведены:

-каскадирование целевых значений, основанное на последовательной детализации требований заказчика от общихдо конкретных характеристик компонентов;

-разработка конечно-элементной модели кабины трактора индустриального партнера (рис. 1), и серия виртуальных ударных испытаний на соответствие сертификационным требованиям по пассивной безопасности в соответствии с ГОСТ Р ИСО 8083-2008 (Устройства защиты от падающих предметов) (рис.2а) и ГОСТ Р ИСО 3463-2008 (Устройства защиты при опрокидывании) (рис.2б);

-анализ конструкции производимой в настоящее время кабины трактора индустриального партнера;

-анализ современной научно-технической, нормативной, методической литературы;

-патентные исследования.

Рис. 1. Конечно-элементная модель кабины трактора индустриального партнера

Рис. 2. Результаты виртуального испытания кабины трактора на соответствие требованиям по защите кабины: a) от падающих предметов, б) при опрокидывании

2. Разработана полная цифровая модель компоновки трактора (рис.3), позволившая  определить технологические и пространственные ограничения при  проектировании новой конструкции кабины и навесных элементов. Цифровая модель трактора в сборе состоит из 2034 деталей и  включает в себя все основные подсистемы и агрегаты.

 Рис.3. Цифровая модель компоновки трактора

3. С учетом матрицы целевых показателей, технологических и пространственных ограничений была разработана стилевая поверхность для проектируемых в рамках совместного с индустриальным партнером проекта изделий (рис.4), на которых проводится апробация создаваемой методики. Стилевая поверхность задает дополнительные ограничения на дальнейшее проектирование, в частности ограничивает внешний объем конструкций разрабатываемых изделий.

Рис.4. Разработанная стилевая поверхность для вновь проектируемого трактора

Практическая значимость исследования
На основе полученного опыта при разработке новой конструкции кабины и навесных элементов кузова трактора, будет разработана методика проектирования, которая позволит разрабатывать современную, безопасную и комфортную технику в кратчайшие сроки. В результате чего, отечественные производители специальной техники получат возможность гибко подстраиваться под быстро изменяющиеся тенденции и потребности потребителя, что позволит им стать лидерами на российском рынке и составить конкуренцию зарубежным производителям на мировом рынке.