Регистрация / Вход
Прислать материал

14.574.21.0106

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.574.21.0106
Тематическое направление
Транспортные и космические системы
Исполнитель проекта
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный университет(национальный исследовательский университет)"
Название доклада
Разработка научно-технических решений по управлению распределением мощности в трансмиссиях грузовых автомобилей для повышения их энергоэффективности и топливной экономичности
Докладчик
Келлер Андрей Владимирович
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
1. Повышение энергоэффективности и топливной экономичности грузовых автомобилей (снижение затрат на перевозки и эксплуатацию).

2. Повышение энергоэффективности и топливной экономичности грузовых автомобилей путем управления распределением мощности между ведущими колесами на основе разработки импортонезависимой комплексной системы управления кинематическими связями в трансмиссии, приложения тормозного момента к буксующим колесам, управления подачей топлива и совершенствования алгоритмов управления.
Актуальность и новизна исследования
Для условий эксплуатации грузовых автомобилей типичным является движение по покрытиям с различной степенью неравномерности распределения сопротивления качению и сцепления. В этих условиях одним из основных путей повышения энергоэффективности и топливной экономичности является совершенствование системы распределения мощности между ведущими колесами путем введения жесткой кинематической связи, приложения к ним крутящего момента и управления подачей топлива.
Несмотря на большой имеющийся научно-технический задел, не разработаны математические модели движения автомобилей с ограничением буксованием, не выявлены закономерности ограничения буксования ведущих колес приложением к ним тормозного момента, не разработаны автоматические системы распределения мощности, учитывающие особенности рабочих процессов систем и агрегатов грузовых автомобилей.
Современные системы распределения мощности включают механическую, пневматическую, электрическую, электронную и микропроцессорную части. При разработке системы распределения мощности необходим учет особенностей функционирования каждого элемента в отдельности и процессов их взаимодействия и взаимовлияния при движении автомобиля.
В связи с этим задача разработки системы распределения мощности в трансмиссиях грузовых автомобилей, определения и исследования закономерностей управления ее элементами и разработка на их основе алгоритма управления, влияющих на повышение энергоэффективности грузовых автомобилей, является весьма актуальной.
Описание исследования

Разработана связанная математическая функциональная модель полноприводного грузового автомобиля с интегрированной системой управления распределением мощности, учитывающая особенности работы двигателя, сцепления, коробки передач, дифференциалов, балансирной подвески и колесных движителей. На ее основе выполнено имитационное моделирование процессов, происходящих в полноприводном грузовом автомобиле при движении в сложных дорожных условиях и блокировке дифференциалов на ходу. Исследована внешняя динамика движения автомобиля и проведена оценка динамической нагруженности его элементов.

На основе результатов имитационного моделирования:

  • получены исходные данные для конструирования механической части системы распределения мощности;
  • определены исходные данные для формирования алгоритма работы системы распределения мощности;
  • определены исходные данные для обоснования оптимального варианта построения системы распределения мощности в трансмиссиях грузовых автомобилей.

По результатам имитационного моделирования выполнен расчет на прочность и определены:

  • параметры конструкции зубчатой и фрикционной муфт блокировок дифференциалов;
  • допустимые разности угловых скоростей колес для обеспечения надежной работы муфты блокировки межколесного дифференциала;
  • допустимые разности угловых скоростей осей для обеспечения надежной работы муфты блокировки межосевого дифференциала;
  • допустимое время, в течение которого необходимо удерживать допустимую разность угловых скоростей (на время срабатывания системы управления и пневматического привода).

На основании результатов прочностных расчетов и имитационного моделирования:

  • разработан новый алгоритм единого блока управления тормозной системой, противобуксовочной системой и блокировкой дифференциалов. Предусмотрено автоматическое управление блокировкой всех пяти дифференциалов;
  • выполнено оснащение раздаточной коробки и ведущих мостов оригинальными механизмами блокировки (кулачковыми и фрикционными).
  • вновь разработаны: раздаточная коробка; мост передний; мост задний; мост средний. Раздаточная коробка и мосты являются модификациями соответствующих узлов серийно выпускаемого автомобиля Камаз 65222. Модификации раздаточных коробок, переднего, среднего и заднего мостов заключались в установке пневматического привода блокировки дифференциала (для Макета 1) и гидравлического привода (для Макета 2).
  • разработана эскизная конструкторская документация для изготовления макета экспериментального образца комплексной системы распределения мощности (Макет 1), в котором блокировка дифференциалов осуществляется с использованием зубчатых муфт с использованием пневматического привода;
  • разработана эскизная конструкторская документация для изготовления макета экспериментального образца комплексной системы распределения мощности (Макет 2), в котором блокировка дифференциалов осуществляется с использованием фрикционных муфт с использованием гидравлического привода.

Выполнена доработка полноприводного шасси 6х6 под установку системы автоматической блокировки дифференциалов.

Выполнена разработка эскизной конструкторской документации, изготовление и проведены опытные испытания Контрольно-сборочного приспособления макета комплексной системы распределения мощности.

Изготовлены два макета экспериментальных образцов комплексной системы распределения мощности (Макет 1 и Макет 2).

С использованием контрольно-сборочного приспособления выполнена сборка и настройка Макета 1 и Макета 2 и проведены их опытные испытания. По результатам опытных испытаний подтверждена готовность Макета 1 и Макета 2 к исследовательским испытаниям.

Проведены стендовые испытания Макета 1 и Макета 2, подтвердившие работоспособность созданной комплексной системы управления распределением мощности.

Выполнена установка Макета 1 на полноприводное шасси 6х6 и выполнена техническая подготовка шасси к проведению дорожных испытаний.

Результаты исследования

1. Математическая функциональная модель комплексной системы управления распределением мощности, включающая в себя:

  • механическую модель полноприводного грузового автомобиля, учитывающую особенности работы двигателя, сцепления, коробки передач, межосевых механизмов распределения мощности, балансирной подвески и колесных движителей;
  • пневматические и гидравлические приводы блокировки дифференциалов;
  • систему управления приводами блокировки дифференциалов.

2. Эскизная конструкторская документация (КД) для изготовления макета экспериментального образца комплексной системы распределения мощности (Макет 1), в котором блокировка дифференциалов осуществляется с использованием зубчатых муфт с использованием пневматического привода.

3. Эскизная конструкторская документация (КД) для изготовления макета экспериментального образца комплексной системы распределения мощности (Макет 2), в котором блокировка дифференциалов осуществляется с использованием фрикционных муфт с использованием гидравлического привода.

4. Эскизная конструкторская документация (КД) для изготовления контрольно-сборочного приспособления макета экспериментального образца комплексной системы распределения мощности.

5. Макет 1 и Макет 2 экспериментального образца комплексной системы распределения мощности. Макет 1 включает в себя механизмы блокировки с зубчатыми муфтами блокировки дифференциалов, систему управления с комплектом датчиков и пневматическими приводами исполнительных устройств. Макет 2 включает в себя механизмы блокировки с фрикционными муфтами блокировки дифференциалов, систему управления с комплектом датчиков и гидравлическими приводами исполнительных устройств.

6. Контрольно-сборочное приспособление, необходимое для сборки и настройки Макета 1 и Макета 2.

7. Полноприводное шасси 6х6 с установленными Макетами экспериментальных образцов комплексной системы распределения мощности.

8. Программы и методики стендовых и исследовательских испытаний макетов экспериментальных образцов комплексной системы распределения мощности.

9. Результаты стендовых и исследовательских испытаний макетов экспериментальных образцов комплексной системы распределения мощности.

10. Новая импортонезависимая комплексная система автоматического управления распределением мощности между ведущими колесами, интегрированная в системы активной безопасности грузового автомобиля.

Разрабатываемая система распределения мощности впервые в мире решает в комплексе задачу повышения проходимости и обеспечения устойчивости серийных грузовых полноприводных автомобилей. Разрабатываемая система управления конкурентоспособна на рынке Российской Федерации, универсальна (есть возможность их применения в всех видах и типах наземных транспортных средств с механической трансмиссией) и способна к правовой охране на территории Российской Федерации.

В 2016 году по результатам проекта опубликовано 5 статей, индексируемых системой Scopus.

Практическая значимость исследования
Результаты, полученные в ходе выполнения проекта, предназначены для использования на предприятиях автомобильной, тракторной промышленности и оборонно-промышленного комплекса, выпускающих колесную технику специального назначения.
Реализация проекта обеспечит увеличение ресурса и надёжности полноприводных грузовых автомобилей, снижение расхода топлива, увеличение средней скорости движения, что уменьшит затраты на грузоперевозки и ремонт.
Реализация проекта обеспечит повышение проходимости полноприводных грузовых автомобилей вне дорог с твёрдым покрытием, в сложных погодных и дорожных условиях; на дорогах с твёрдым покрытием в условиях гололёда и снежных заносов.
Оснащение полноприводного грузового автомобиля разработанной оптимальной системой управления распределением мощности позволит в 1,25 раза повысить энергоэффективность перевозок за счет повышения средней скорости движения на 6-10% и снижения потребления топлива на 5-10%.
Для коммерческого транспорта внедрение разработанной системы распределения мощности позволит снизить стоимость владения автомобилем и повысит эффективность грузоперевозок в сложных дорожных условиях.
Для подвижного состава МЧ и МО внедрение системы распределения мощности повысит мобильность и надёжность подвижного состава, повысит проходимость, снизит эксплуатационные затраты и расход топлива,
Разработанная в рамках проекта система управления распределением мощности оказывает положительное влияние на защиту окружающей среды: позволяет снизить количество вредных выбросов выхлопных газов за счёт уменьшения времени работы двигателя на переходных режимах и снижения расхода топлива; позволяет снизить шум двигателя и трансмиссии.
Разработанная в рамках проекта система управления распределением мощности планируется к внедрению на полноприводных грузовых автомобилях «Камаз» с планируемым объемом выпуска к 2020 г более 30 000 автомобилей в год.