Том 10, № 3 (2016)
- Год: 2016
- Статей: 11
- URL: https://journal-vniispk.ru/2074-0530/issue/view/3713
Статьи
Исследование модели «реального времени» плоского криволинейного движения автомобиля с колесной формулой 6х6
Аннотация
Основной темой данного исследования является верификация математической модели движения транспортного средства, функционирование которой осуществляется в режиме реального времени. Предметом исследования является модель, описывающая плоское криволинейное движение автомобиля с колесной формулой 6х6. Корректность работы указанной модели определяется на основе способов и критериев, применяемых в настоящее время в зарубежных и отечественных исследованиях. В качестве параметров оценки работы модели выступают кинематические линейные и угловые характеристики плоского движения автомобиля. Критерием оценки является величина относительной погрешности не более 10% при сравнении в одинаковые моменты времени параметров исследуемой модели с параметрами "эталонной" модели, корректность функционирования которой подтверждена результатами экспериментов на реальном объекте. Исследование проводится в несколько этапов при различных режимах движения автомобиля и различных параметрах моделирования. Продолжительность тестовых "заездов" составляет 30 с. По окончанию каждого заезда осуществляется сравнение полученных результатов с данными "эталонной" модели, определение относительной погрешности моделирования и ее сравнение с установленным критерием корректности. По результатам исследования установлено, что рассматриваемая модель реального времени удовлетворяет заданному критерию верификации при шаге реализации не более 0,001 с. При увеличении шага реализации наблюдаются значительные отклонения параметров исследуемой модели от результатов "эталонной" модели, в данном случае модель реального времени может быть использована для решения ограниченного круга задач. Уменьшение шага моделирования способствует приближению поведения исследуемого объекта к "эталонному", однако в условиях функционирования в режиме реального времени данный подход требует значительного увеличения вычислительных мощностей.
Известия МГТУ “МАМИ“. 2016;10(3):2-8
2-8
Математическое моделирование динамики манипуляционной системы мобильной транспортно-технологической машины с учетом упругости звеньев
Аннотация
Приведены подходы к моделированию динамики манипуляторов мобильных транспортно-технологических машин с учетом упругой податливости звеньев. Уравнения движения звеньев манипулятора записываются с помощью метода множителей Лагранжа. В качестве главных координат для каждого звена приняты четыре параметра Родрига-Гамильтона, координаты положения звена как абсолютно твердого тела и упругие перемещения. Уравнения учитывают влияние внешних и внутренних упругих и квадратичных сил. Внутренние упругие силы вычисляются на основе матрицы жесткости, формируемой при расчете манипулятора методом конечных элементов. Для задания шарнирных соединений вводится необходимое количество уравнений связи. Рассмотрены способы создания широко распространенных в кинематических схемах манипуляторов цилиндрических и призматических шарниров с помощью набора ограничений, предполагающих взаимную перпендикулярность векторов, принадлежащих шарнирно-сочлененным звеньям. С использованием разработанной модели выполнен расчет динамики крана-манипулятора машины АСТ-4-А. Установлено, что учет упругости звеньев позволяет выявить колебательный характер изменения кинематических и силовых факторов процесса и, таким образом, повысить адекватность моделирования работы манипуляционной системы в процессе эксплуатации машины. Упругость звеньев обуславливает их колебания с частотой, соизмеримой с первой низшей собственной частотой колебаний самой металлоконструкции манипуляционной системы, что свидетельствует о желательности ее проверки на отсутствие резонанса и, при необходимости, разработки конструктивных мер по повышению динамической надежности манипуляционной системы. Показано, что для расчета манипуляторов ряда машин требуется учет динамики шасси.
Известия МГТУ “МАМИ“. 2016;10(3):9-15
9-15
Экспериментальное исследование сравнительных показателей гусеничных движителей сельскохозяйственных тракторов
Аннотация
Резиноармированные гусеницы получают все большее распространение на сельскохозяйственных тракторах, комбайнах и военных гусеничных машинах. Применение резиноармированных гусениц по сравнению с металлическими гусеницами позволяет: на 25-30% снизить уплотняющее воздействие на почву; обеспечить движение машины по дорогам с асфальтовым покрытием без его разрушения; повышение транспортных скоростей машины до 40…50 км/ч; снижение уровня шума и улучшение условий труда тракториста; повышение надежности. В настоящее время отсутствуют результаты сравнительной экспериментальной оценки по применению резиноармированных и металлических гусениц на тракторах. За рубежом тяговые испытания тракторов с резиноармированными гусеницами проводятся на специально подготовленной опорной поверхности в виде резинового полотна, на котором нельзя проводить испытания тракторов с металлическими гусеницами. При этом получаемые в результате испытаний тяговые характеристики трактора существенно отличаются от реальных в эксплуатации. В работе приводятся результаты сравнительных испытаний трактора ВК-150 производства Волгоградского тракторного завода на стерне озимой пшеницы с резиноармированными и металлическими гусеницами с открытыми металлическими шарнирами. Установлено, что разработанные отечественные конструкции и технологии изготовления резиноармированных гусениц для сельскохозяйственных тракторов обеспечивают равенство тяговых показателей трактора с серийной металлической и резиноармированной гусеницами в зоне номинальных тяговых усилий для тракторов класса 3. По комплексу технических показателей ходовые системы с резиноармированными гусеницами превосходят ходовые системы с металлическими гусеницами с открытыми металлическими шарнирами (по показателям вибронагруженности, уровня шума и проходимости).
Известия МГТУ “МАМИ“. 2016;10(3):16-24
16-24
Применение микроэлектромеханических датчиков в интегрированной навигационной системе наземного транспортного и сельскохозяйственного технологического средства
Аннотация
Рассмотрены вопросы оценки достижимых значений эксплуатационных характеристик интегрированной инерциально-спутниковой навигационной системы комплексированной с одометрическим датчиком и предназначенной для наземного транспортного и сельскохозяйственного технологического средства. Построение относительно дешевых современных навигационных систем для наземных транспортных и сельскохозяйственных технологических средств обеспечивается посредством интегрирования разнородных навигационных систем, к которым относят инерциально-спутниковые системы, объединяющие в единый аппаратный комплекс инерциальный и спутниковый модули. Достижимая точность выработки навигационных параметров обеспечивается применением специальных алгоритмов обработки измерительной информации в сочетании с комплексированием системы и стороннего источника дополнительной информации, к которому относится одометрический датчик. К числу наиболее перспективных датчиков относят чувствительные элементы, построенные с использованием технологии производства микроэлектромеханических систем - MEMS/MEMC (Micro-Electro Mechanical Sistems). Навигационные системы построенные на базе МЕМС датчиков обладают рядом преимуществ. К числу основных достоинств следует отнести малые массогабаритные характеристики (объем менее 1см3, при весе менее 1 грамма), низкое энергопотребление, высокую надежность, невосприимчивость к виброударным нагрузкам (до 2000g), простоту интеграции датчиков и электронных модулей навигационной системы, низкую стоимость. Основным недостатком является необходимость синтеза сложных алгоритмов обработки измерительной информации для получения заданной точности оценки навигационных параметров. Рассмотрена навигационная система, в которой в качестве МЕМС датчиков применялись гироскопы ADXRS-150 в сочетании с акселерометрами ADXL-210 производимыми компании Analog Devices. Представлены основные конструкторско-технологические характеристики датчиков, сформулированы критерии отбора датчиков, приводится оценка технико-экономического эффекта использования МЕМС в навигационной системе. Практическую важность представляет оценка достижимых точностных характеристик системы в реальных условиях эксплуатации. В работе приводятся результаты натурных испытаний навигационной системы, построенной на базе МЕМС датчиков и предназначенной для грузоподъемника, осуществляющего перевозки на территории морского порта. Результаты экспериментальных исследований подтвердили эффективность применения МЕМС в качестве чувствительного элемента инерциально-спутниковой навигационной системы наземного транспортного и сельскохозяйственного технологического средства, что создает фундамент для новых высокотехнологичных разработок.
Известия МГТУ “МАМИ“. 2016;10(3):25-31
25-31
Некоторые проблемы управления процессом переключения передач на тракторах без разрыва потока мощности
Аннотация
Статья затрагивает проблемы оптимизации управления процессом переключения передач без разрыва потока мощности. Изложена точка зрения на динамику процесса переключения передач, учитывающая возникновение дефицита крутящего момента на валах, при изменении передаточного числа и увеличения потерь на трение в буксующей муфте. Приведены формулы расчёта динамических параметров, использованные в математической модели динамики тракторного агрегата при переключении передач без разрыва потока мощности. С помощью математической модели, разработанной в НАТИ для отладки системы электро-гидравлического управления процессом переключения передач трактора ЧН-6, рассчитаны несколько вариантов переключения передач. Особое внимание уделено возникновению, развитию и завершению процесса циркуляции мощности в контуре переключаемых муфт, поскольку отсутствие циркуляции мощности, большинство авторов, относят к признаку оптимальности переключения. Приведены результаты расчётов в части циркуляции мощности, срыва в буксование выключаемой муфты и замыкания включаемой муфты. Результаты расчётов позволяют сделать выводы, что, при замкнутой муфте низшей передачи, рост момента, в буксующей муфте включаемой высшей передачи, вызывает увеличение потерь на трение в дисках, что ведет к понижению частоты вращения вала двигателя и снижению скорости трактора. Величина и длительность падения частоты вращения вала двигателя и скорости трактора малы, но, вызванные снижением скорости трактора, моменты инерционных сил достаточно велики, и их необходимо учитывать при расчётах. Во всех опытах, где присутствовала циркуляция мощности, она начиналась раньше, чем муфта высшей передачи создавала крутящий момент, соответствующий моменту сопротивления движению. Во всех опытах, где присутствовала циркуляция мощности, она заканчивалась в результате снижения давления в бустере муфты низшей передачи после срыва её в буксование в режиме циркуляции мощности. Циркулирующая мощность, после срыва в буксование и выключения муфты, перенаправляется на выходной вал, разгоняя трактор, ускоряя синхронизацию и замыкание включаемой муфты.
Известия МГТУ “МАМИ“. 2016;10(3):32-42
32-42
Энергосбережение при отоплении кабин мобильных машин и производственных помещений для их технического обслуживания и текущего ремонта
Аннотация
Рассмотрены пути энергосбережения при воздушном отоплении кабин мобильных машин (тракторов, автомобилей, комбайнов) и производственных помещений. Показано, что в кабинах мобильных машин относительно небольшого объёма, где отсутствует вытяжная вентиляция, для снижения энергопотребления на отопление при условии обеспечения на рабочем месте нормируемых температуры и относительной влажности целесообразно использовать частичную рециркуляцию обрабатываемого воздуха. Даны конкретные рекомендации по работе отопления кабины мобильной машины, которая характеризуется такими основными параметрами, как теплопроизводительность, подача воздуха и его температура. Установлено, что частичная рециркуляция обрабатываемого воздуха в кабине мобильной машины позволила снизить энергозатраты на отопление в 1,94 раза и обеспечила на рабочем месте оператора нормируемую относительную влажность воздуха без применения каких-либо дополнительных агрегатов для увлажнения. Показано, что в помещениях большего объёма, где осуществляется техническое обслуживание и текущий ремонт машин, при наличии вытяжной вентиляции для обеспечения норматива по относительной влажности воздуха требуется увлажнитель. При этом с целью снижения энергопотребления на отопление необходимо утилизировать теплоту вытяжного потока воздуха для предварительного подогрева поступающего на обработку наружного воздуха с помощью теплообменника-рекуператора снабженного осушителем вытяжного потока для исключения обмерзания аппарата в условиях низкой внешней температуры. В качестве наполнителя блока осушения рекомендовано применять силикагель, так как поглощение влаги силикагелем сопровождается повышением температуры обрабатываемого воздуха, что в системе отопления приводит к снижению энергозатрат и является положительным качеством.
Известия МГТУ “МАМИ“. 2016;10(3):43-49
43-49
Конструкционные особенности вентиляторных установок легковых автомобилей
Аннотация
В настоящее время в системе охлаждения двигателя и системе кондиционирования салона автомобиля и кабины трактора применяется большое разнообразие конструкций вентиляторных установок для обеспечения подачи охлаждающего воздуха. Отличительной особенностью вентиляторных установок автомобилей является то, что они кроме основной функции, принудительной подачи охлаждающего воздуха, должны обеспечивать эффективное использование набегающего потока воздуха. Это непростая задача, поскольку эти две функции практически всегда находятся в противоречии. Проблема еще более усложняется, когда на автомобиле устанавливается кондиционер. Коэффициент полезного действия набегающего потока выше, чем коэффициент полезного действия вентилятора. Поэтому необходимо стремится наиболее рационально использовать набегающий поток воздуха. В статье проанализированы наиболее распространенные вентиляторные установки легковых автомобилей используемые для обеспечения работы системы охлаждения двигателя и системы кондиционирования салона автомобиля. Оценены их достоинства и недостатки. Оценивались наиболее важные их характеристики: эффективность использования вентилятора, рациональное использование набегающего потока воздуха при движении автомобиля, массово-габаритные характеристики и шум производимый вентиляторами при их работе. Сделаны выводы и даны рекомендации по совершенствованию вентиляторных установок. При выборе того или иного варианта вентиляторной установки необходимо учитывать особенности конструкции автомобиля. Высокая эффективность вентиляторной установки может быть получена, когда кожух вентилятора имеет полный охват радиатора. В этом случае для рационально использования набегающего потока необходимо в кожухе вентилятора установить клапаны большого сечения, в отличие от традиционных эти клапаны должны иметь привод для принудительного открытия и закрытия.
Известия МГТУ “МАМИ“. 2016;10(3):50-57
50-57
К вопросу о проектировании четырехвальных несоосных преселекторных коробок передач для сельскохозяйственных тракторов
Аннотация
При проектировании преселекторных коробок передач для тракторов и автомобилей конструкторы машиностроительных предприятий сталкиваются с отсутствием методик, позволяющих однозначно определить их конструктивные параметры. В частности, при определении схемы расположения валов в четырехвальных преселекторных коробках передач с несоосным расположением валов при необходимости соблюдения минимальной габаритной ширины возникает взаимное влияние параметров геометрии и расположения шестерен друг на друга и на габаритную ширину одновременно. При решении такой задачи приходится прибегать к применению графоаналитического метода с большим количеством итераций, что трудоемко и не обеспечивает гарантии повторяемости результата. В статье приведена методика, позволяющая выбрать рациональные параметры основных кинематических звеньев для обеспечения минимальной габаритной ширины, и однозначно определить их положение в пространстве. Последовательность проектирования преселекторной коробки передач сводится к выбору передаточных чисел и формированию рациональной схемы расположения валов, благодаря которой достигается минимизация ее габаритной ширины. Установлено, что, исходя из кинематических параметров звеньев, можно построить ромб, который полностью определяет расположение валов в преселекторной коробке передач. Для полного описания геометрии этого ромба и его положения в пространстве получены соответствующие аналитические зависимости, позволяющие определять габариты преселекторной коробки передач и расстояние между входным и выходным валами без применения графоаналитического метода с большим количеством итераций. Разработанная методика проектирования преселекторных коробок передач может быть использована при создании подобных конструкций для автомобилей.
Известия МГТУ “МАМИ“. 2016;10(3):58-65
58-65
Первые самодвижущиеся коляски в описании их изобретателей (отечественный опыт)
Аннотация
Рассматривается первый изобретательский период в истории отечественного автомобилестроения, анализируются сохранившиеся до наших дней описания «безлошадных колясок» Шамшуренкова и Кулибина. Опираясь на представленный материал, делается вывод о том, что основным способом описания новых изобретений стала терминологизация или конкретизация существующего термина, как правило, заимствованного из смежных областей технического знания. Отмечается, что со временем многие русскоязычные термины уступили место терминам, пришедшим из французского и немецкого, а затем и английского языков. Этот процесс был обусловлен общей интернационализацией автомобильной терминологии, а также первенством в развитии автомобильной отрасли США в конце XIX - начале XX вв., в период создания современного автомобиля. Анализу изобретений Шамшуренкого и, особенно, Кулибина с технической точки зрения (воссоздание моделей самодвижущих экипажей, расшифровка сохранившихся чертежей), а также их инженерной оценке посвящено большое количество специальных исследований на профессиональном и любительском уровнях (модели самокатки Кулибина представлены в Политехническом музее Москвы, в Интернете периодически появляются материалы о попытках изобретателей-самоучек повторить эксперименты Шамшуренкова или Кулибина). Работ же, исследующих первые попытки терминологического описания изобретённых самодвижущихся конструкций, нет. В данной работе авторы попытались восполнить этот пробел и, насколько это возможно, показать, как представляли себе свои изобретения их творцы - Шамшуренков и Кулибин. Анализируя опыт Шамшуренкова в создании безлошадного экипажа, авторы опирались на глубокое исследование инженера и историка техники Е.И. Гагарина, некогда работавшего в стенах Московского автомеханического института им. М.В. Ломоносова и Всесоюзного заочного политехнического института, объединённых в последствии в Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ) (ныне - Московский политехнический университет).
Известия МГТУ “МАМИ“. 2016;10(3):66-71
66-71
Методы утилизации пневматических и не пневматических шин
Аннотация
Рассмотрены основные причины необходимости утилизации шин, вышедших из употребления. Шина рассмотрена как сложное композитное изделие, которое должно удовлетворять таким требованиям, как устойчивость к повторно - переменным нагрузкам и разрушающему действию внешней среды и т.д.; именно эти свойства шин усложняют процесс утилизации; для решения этих вопросов приведен среднестатистический состав шины. Показаны различия в обращении с изношенными шинами в различных странах и способы утилизации пневматических и не пневматических шин: рассмотрены варианты холодного восстановления и горячего восстановления шины, приведен экономический эффект от восстановления шины по сравнению с заменой шины, приведены методы переработки изношенных шин - с разрушением резиновой составляющей, что приводит к деструкции полимера, и без разрушения резиновой составляющей. Приведено процентное соотношение использования восстановленных шин в общем объеме приобретаемых шин в ряде стран. Проведен анализ вариантов дальнейшей переработки шин - переработка шин в резиновую крошку и дальнейшее её использование. Описаны общие конструктивные особенности шин без воздуха (не пневматических шин) - «спицевых» и «сотовых». Проведено сравнение методов утилизации пневматических и непневматических шин с точки зрения конструкции и материала шины. Предложена обобщенная классификация методов утилизации полиуретановых материалов, рассмотрены экологические вопросы утилизации шин. Установлены причины упрощения утилизации пневматических шин по сравнению с непневматическими (безвоздушными) шинами. Рассмотрена возможность применения биодеструкции в качестве одного из наиболее экономически и экологически эффективных способов утилизации материалов не пневматически (безвоздушных) шин, а именно продуктов из полиуретана.
Известия МГТУ “МАМИ“. 2016;10(3):72-79
72-79
Применение закона сохранения момента импульса при анализе переключений в автоматических коробках передач
Аннотация
Решение задач динамики механизмов базируется либо на дифференциальных принципах теоретической механики, либо на интегральных. Первые предполагают составление уравнений динамики Лагранжа, характеризующих состояние механизма в каждый момент времени, и анализ их решений. Вторые связаны с законами сохранения (законом сохранения энергии, законом сохранения импульса) и позволяют сделать интегральную оценку результатов движений за какой-либо интервал. Дифференциальный принцип, применяемый для анализа динамических процессов переключений в коробках передач транспортных средств, полностью оправдан при анализе переключений в коробках с ручным управлением. В этом случае процесс переключения длится секунды и все фазы процесса математически корректно описываются. Применение этого подхода при анализе динамики переключений в автоматических коробках передач, длящихся 0,2…0,5 с, связано с привлечением большого числа предположений. Они касаются описания предполагаемых взаимодействий включаемых и выключаемых элементов управления коробкой передач и проводятся на довольно простой модели двухступенчатой коробки передач. При анализе более сложных моделей, например, коробки передач с двойным переключением (2 муфты выключаются, 2 включаются) применение дифференциального принципа существенно затруднено. Уменьшение (или увеличение) скоростей инерционных элементов трансмиссии при переключении передач за короткое время возможно лишь при действии на включаемую муфту больших сил. Поэтому, рассматривая модель автоматической коробки передач на малом интервале времени как замкнутую систему, можно применить теорему сохранения момента импульса. С использованием этого интегрального принципа в статье приводится расчет скоростей на входе и выходе коробки передач после переключения, оценка предельного момента, действующего на звенья передач при переключении, предложен критерий подбора муфты, соответствующей требуемым параметрам переключения, а также решается задача управления процессом двойного переключения передач. Примененный подход дополняет известные методы исследований и позволяет существенно упростить расчеты динамических нагрузок.
Известия МГТУ “МАМИ“. 2016;10(3):80-88
80-88