Регистрация / Вход
Прислать материал

14.577.21.0080

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.577.21.0080
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, исследование и создание амфибийного вездеходного транспортного средства с колесной формулой 8х8 и высокими экологическими качествами движителя для обеспечения жизнедеятельности на Севере.
Докладчик
Блохин Александр Николаевич
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Цели проекта:
1) 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.
2) Целью выполнения ПНИ является создание экспериментального образца амфибийного вездеходного транспортного средства с колесной формулой 8х8 и высокими экологическими качествами движителя (далее АВТС), 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.

Задачи проекта:
1) Создание АВТС с улучшенными эксплуатационных свойствами и производительностью;
2) Соответствие АВТС требованиям экологической безопасности, характеризуемой выбросами вредных веществ в атмосферу (Евро-4), пониженным уровнем шума и давления на опорную поверхность, позволяющим сохранить целостность почвенного покрова;
3) Создание безопасной конструкции АВТС для перевозки пассажиров и груза в сложных природно-климатических условиях, на бездорожье и на плаву;
4) Разработка расчетно-экспериментальных методов проектирования узлов и агрегатов АВТС для надежной работы в сложных природно-климатических условиях.
Актуальность и новизна исследования
Общая территория суши Арктической зоны занимает около 15 млн. км2, ее треть приходится на Россию, где проживает около 2 млн. человек. Дальнейшее освоение этой территории требует новых подходов и новых технологий для решения транспортно-технологических задач при перемещении грузов и людей в условиях, когда полотном пути является заснеженное бездорожье. Данные территории характеризуются слабонесущими поверхностями, что затрудняет движение транспортных средств, а, иногда, и исключает совсем. Поэтому использование специальных машин высокой проходимости, чаще всего, является единственной эффективной и экономически целесообразной возможностью осуществления транспортно-технологических операций.
Таким образом, в настоящее время существует, и будет существовать в последующие десятилетия, техническая, экономическая и социальная потребность в использовании вездеходных транспортных средств, имеющих амфибийные свойства.
На данный момент времени, наша страна не располагает так необходимым ей парком энергоффективных машин 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.
Разработанное в проекте амфибийное вездеходное транспортное средство «Русак-3993» является новым поколением вездеходов, созданным на основе модульно-унифицированного принципа конструирования, инновационных технических решениях и экологически безопасных технологиях, превосходящим лучшие мировые аналоги по функциональным и технико-экономическим показателям.
Описание исследования

Применение транспортных средств на пневмоколесных движителях сверхнизкого давления является эффективным средством повышения производительности и энергоэффективности при выполнении транспортных операций на Крайнем Севере и Арктической зоне суши. Сравнительный анализ транспортных средств показал, что по сумме всех показателей проходимости, экономичности и экологичности колесные машины на шинах сверхнизкого давления превосходят аппараты на воздушной подушке, гусеничные и пневмогусеничные транспортные средства соответственно на 10%, 20% и 12%. Машины с роторно-винтовыми движителями являются узкоспециализированными и не отвечают задачам экологии, шагающие и колесно-шагающие транспортные средства сложны как по конструкции, так и в управлении. Проведенные маркетинговые исследования выявили, что наиболее перспективными  являются вездеходы с колесной формулой 8х8 грузоподъемностью 1.5-2.5 т. Поэтому, разработанное амфибийное вездеходное транспортное средство «Русак-3993» (АВТС) имеет следующие основные характеристики: колесная формула 8х8, грузо-пассажирская модификация с вместимостью салона на 7 человек, снаряженная масса 4,8 т., грузоподъемность 2 т., дизельный двигатель Iveco F1C мощностью 170 л.с., роботизированная 6-ти ступенчатая трансмиссия с  автоматическим, командным и резервным механическим  управлением, 2-х ступенчатая раздаточная коробка с отбором мощности на водяной движитель, независимая подвеска всех полностью управляемых колес. Технико-экономическое сравнение АВТС с выпускаемыми в этом классе аналогами («Шаман», «Таймыр»)  показало существенное улучшение показателей проходимости (особенно при движении по снегу), амфибийных свойств, топливной экономичности, комфортабельности управления транспортным средством, надежности. При этом стоимость вездехода «Шаман» в базовой комплектации с установленной системой подкачки шин и гребным винтом составляет 9,61 млн. руб. (130000 евро), что почти в 1,5 раза выше, чем стоимость в той же комплектации разработанного вездехода «Русак-3993». Улучшение показателей стало возможным благодаря использованию оригинальных инновационных технических решений при проектировании рамы-лодки, автоматической трансмиссии, рулевого управления и других, полученных на основе разработанных методик оценки производительность машины при движении по снегу, выбора оптимальных параметров для системы подрессоривания и ходовой части, поиска оптимальных передаточных чисел трансмиссии, исследования динамических процессов при переключении передач, выбора параметров основной и резервной систем управления 6-ти ступенчатой коробкой передач и сцеплением, оценки напряженно-деформированного состояния конструкции. Важно отметить, что при проектировании АВТС использовался модульно-унифицированный принцип конструирования, позволивший достичь оптимальной компоновки с точки зрения распределения веса машины по осям, а также позволивший разработать на основе базовой модели АВТС максимально унифицированное семейство полноприводных и полностью управляемых транспортных средств с колесной формулой 4х4, 6х6 и 8х8 различного назначения (пассажирских, грузовых, грузо-пассажирских, специализированных с надстройками, спасательных и т.д.), которые планируется выпускать в будущем. Моделирование движения AВТС по опорной поверхности с низкой несущей способностью с использованием разработанных математических моделей снежного покрова, деформируемой шины с протектором, моделей взаимодействия  колеса со снегом, позволило с более высокой точностью прогнозировать возможность движения в сложных природно-климатических условиях, более точно определять показатели эксплуатационных свойств машины и осуществлять выбор наиболее рациональных конструктивных параметров для заданных условий движения. Для подтверждения теоретических показателей работоспособности и надежности конструкций узлов и агрегатов АВТС, полученных на основе аналитических зависимостей показателей контактной и изгибной несущей способностей для передач с внешним зацеплением и планетарных передач, а также зависимостей для оценки долговечности конструкций, разработаны специальные методики лабораторных испытаний на стендах и натурных экспериментальных исследований в условиях бездорожья. Проведенные экспериментальные исследования узлов и агрегатов на стендах и эксплуатационных показателей транспортного средства в условиях бездорожья, подтвердили заложенные в техническое задание параметры, а также высокий  мировой уровень разработанного амфибийного вездеходного транспортного средства «Русак-3993». 

Результаты исследования

1. Разработано, исследовано и создано амфибийное вездеходное транспортное средство (АВТС) с колесной формулой 8х8 и высокими экологическими качествами движителя для обеспечения жизнедеятельности на Севере, 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.

2. Амфибийное вездеходное транспортное средство создано на основе модульно-унифицированного принципа конструирования, инновационных технических решениях и экологически безопасных технологиях. Результаты проведенных теоретических и экспериментальных исследований эксплуатационных свойств в тяжелых дорожных условиях и на бездорожье подтвердили превосходство разработанного вездехода над лучшими мировыми аналогами: 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), скорость по воде - не менее 6 км/ч.

3.  Амфибийное вездеходное транспортное средство имеет оптимальную компоновку, позволяющую создание максимально унифицированного семейства полноприводных и полностью управляемых транспортных средств с колесной формулой 4х4, 6х6 и 8х8 различного назначения (пассажирских, грузовых, грузо-пассажирских, специализированных с  надстройками, спасательных и т.д.) на основе использования однотипных решений, включающих шины сверхнизкого давления Авторос MAX-TRIM, шестиступенчатую коробку передач с автоматическим управлением, раздаточную коробку с отбором мощности на водяной движитель, проходные и непроходные ведущие мосты, колесные редуктора с системой подкачки, оригинальную конструкцию рамы-лодки, кабины, ходовой части, тормозного и рулевого управления.
4. Разработана программная документация на систему управления шестиступенчатой  трансмиссией при автоматическом и командном режимах работы.

5. Созданы экспериментальные установки для определения жесткости, твердости и сдвиговых характеристик снега при различной высоте снежного покрова и в различных его слоях, позволяющие исследовать влияние скорости деформации на параметры снега.  Уточнены многофакторные зависимости свойств снега, позволяющие перейти от дискретности задания свойств снега к непрерывных функциям.

6. Разработаны программы и методики лабораторных экспериментальных исследований работоспособности узлов и агрегатов АВТС.

7.     Разработаны программа и методики экспериментальных исследований эксплуатационных свойств АВТС в тяжелых дорожных условиях и на бездорожье, включающих  определение и оценку показателей тягово-скоростных свойств, топливной экономичности, плавности хода,  проходимости,  управляемости, устойчивости и маневренности;  тормозных и водоходных свойств.
8 Разработаны рекомендации по созданию нормативно-технической документации для АВТС в области плавности хода, управляемости и устойчивости.

9 Разработан проект технического задания для проведения последующих ОКР по теме «Создание высокотехнологичного производства опытной серии амфибийных вездеходных транспортных средств с колесной формулой 8х8 и высокими экологическими качествами движителя».

Практическая значимость исследования
Потенциальными потребителями АВТС 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.

По расчетам, общая потребность только северных регионов России для гражданских целей на ближайшие 10 лет составит не менее 20 тысяч единиц колесных вездеходов, со следующей сегментацией спроса в соотношении по грузоподъемности: 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. выпускается 2 модели, поэтому барьеры для входа на рынок новых игроков отсутствуют.
Результаты ПНИ внедрены на предприятиях ООО "ЗМТ", ООО "КОМ-Проект", ООО "Инжиниринговый центр "Крона", а также используется в учебном процессе в НГТУ.