Том 10, № 2 (2016)
- Год: 2016
- Статей: 13
- URL: https://journal-vniispk.ru/2074-0530/issue/view/3714
Статьи
Метод имитации нагружения форсированного дизеля на режимах пуска в условиях низких температур окружающего воздуха
Аннотация
В статье описан метод имитации нагружения форсированного дизеля на режимах пуска в условиях низких температур окружающего воздуха. Для повышения достоверности результатов экспериментальной оценки пусковых качеств дизеля разработано устройство имитирующее сопротивление прокручиванию коленчатого вала со стороны элементов трансмиссии объекта применения. Устройство обеспечивает возможность регулирования и изменения момента сопротивления прокручиванию коленчатого вала. Разработана методика проведения пусковых испытаний высокофорсированного двигателя, оснащенного системами предпусковой подготовки и облегчения пуска, с данным устройством в климатической камере. Параметры загрузки для объекта применения двигателя типа 12ЧН15/16. В соответствии с программой испытаний, было проведено 20 опытов при температурах окружающего воздуха 5, минус 5 и минус 20 °С. Результаты экспериментального исследования подтвердили эффективность и адекватность разработанного метода. Выявлено, что выявлено момент страгивания коленчатого вала при разгоне двигателя не зависит от загрузки двигателя и вязкости масла (в пределах температур окружающего воздуха при испытаниях), а определяется моментом инерции вращающихся масс. При прокручивании дизеля, давление загрузки обеспечивается практически одновременно с началом страгивания коленчатого вала двигателя. Загрузка насоса устройства давлением 14 МПа приводит к увеличению момента сопротивления прокручиванию коленчатого вала при температуре окружающего воздуха минус 20 °С на 9 % (с 883 до 970 Н·м). По результатам испытаний сформулированы рекомендации по дальнейшему совершенствованию устройства для имитации нагружения форсированного дизеля на режимах пуска в условиях низких температур окружающего воздуха.
Известия МГТУ “МАМИ“. 2016;10(2):2-7
2-7
Инновационные разработки в сфере интенсификации воспламенения топливовоздушных смесей
Аннотация
В статье рассматриваются вопросы интенсификации воспламенения топливовоздушных смесей в двигателях внутреннего сгорания с принудительным воспламенением. Рассмотрены условия работы свечи зажигания в камере сгорания двигателя и направления совершенствования организация процесса воспламенения топливовоздушных смесей. Отмечено, что в настоящее время искровое зажигание широко применяется и выполняет одну из основных функций в двигателе внутреннего сгорания, но резервы их совершенствования почти все исчерпаны. В этой связи рассматривается перспективное направление в области интенсификации сгорания бедных смесей в двигателе за счет применения системы лазерного зажигания. В статье приведена конструкция адаптера лазерного зажигания, установленного в свечном отверстии головки блока цилиндров двигателя. Показано, что при интенсификации сгорания бедных смесей в двигателе внутреннего сгорания за счет применения системы лазерного зажигания существенно улучшается процесс развития первичного очага воспламенения, что способствует бурному развитию процесса воспламенения и последующего сгорания. При этом существенно улучшаются показатели двигателя с принудительным воспламенением. Преимуществом лазерного зажигания заключается в возможности сфокусировать луч на небольшой площади в центре камеры сгорания двигателя для обеспечения оптимальных условий сгорания. Отмечено, что при воспламенении достигается сначала максимальная температура, а потом происходит ее падение. Показано, что если при искровом зажигании она в значительной степени определяет скорость воспламенения смеси и сгорания, то при использовании лазерного зажигания она практически не оказывает влияние на процесс воспламенение и последующего сгорания смеси. Отмечены и другие преимущества лазерного зажигания по отношению к традиционному зажиганию, главными из которых являются возможность снижения требований к октановому числу топлива и обеспечение стабильности и надежности рабочего процесса двигателя при работе на бедных смесях.
Известия МГТУ “МАМИ“. 2016;10(2):8-12
8-12
Математическое моделирование колебаний груза на грузозахватном органе манипулятора мобильной машины
Аннотация
Гидравлические крано-манипуляторные установки, смонтированные на подвижном шасси различных транспортно-технологических машин, получили широкое распространение в различных отраслях экономики Российской Федерации. Основной задачей работы манипуляционной системы является перемещение груза или рабочего органа в нужную точку пространства. Поэтому динамическая нагруженность манипуляционной системы во многом определяется характером взаимодействия с грузом или рабочим органом. В работе рассмотрены подходы к оценке воздействия груза на несущую металлоконструкцию манипулятора мобильной машины. Разработаны математические модели колебания груза на жестком и гибком подвесе. Уравнения движения интегрируются совместно с уравнениями движения манипуляционной системы. Рассмотрена динамическая модель колебаний груза как на жесткой, так и на гибкой подвеске. Приведены результаты математического моделирования колебаний груза на жесткой и гибкой подвеске. Жесткость манипуляционной системы определялась с использованием метода конечных элементов. При математическом моделировании установлено, что колебания груза на грузозахватном органе вызывают воздействие дополнительных динамических нагрузок на несущую металлоконструкцию манипулятора мобильной машины. Для стреловых кранов коэффициент динамики при определении грузового воздействия обычно принимается равным 1,1…1,3, а на основании выполненных расчетов, коэффициенты динамичности при использовании гибкого подвеса груза могут достигать значений 1,5…2,0. Поэтому в расчетах воздействий со стороны груза на манипулятор рекомендуется использовать разработанные модели. Динамические нагрузки при использовании жесткого подвеса груза ниже, чем при использовании гибкого подвеса груза. Коэффициент динамики для этого случая лежит в пределах 1,05…1,1.
Известия МГТУ “МАМИ“. 2016;10(2):13-19
13-19
Математическая модель испытательного стенда
Аннотация
Приведено описание конструкции созданного в Волгоградском государственном техническом университете многофункционального испытательного стенда для определения основных эксплуатационных характеристик трансмиссий легковых и грузовых автомобилей, описание его математической модели, созданной на основе пространственной динамической схемы, и результаты расчетного определения массо-инерционных параметров элементов стенда. Подвижными массами модели являются массы вращающихся элементов трансмиссии, передающих крутящий момент, корпуса трансмиссии, рамы стенда, состоящей из двух подрамников, двух хабов нагружающего устройства Dinаpack, включающих в себя гидромашины. Значения моментов инерции деталей и жесткости их соединений полученны с помощью программного комплекса DASP и системы 3D автоматизированного проектирования SolidWorks. Для осуществления возможностей моделирования различных режимов нагружения и прогнозирования их результатов без проведения длительных натурных испытаний на первом этапе на основе структурной схемы стенда создана его плоская динамическая модель, которая, кроме сведений о составе и связи масс, содержит данные об упругих, инерционных и диссипативных параметрах ее элементов. На следующем этапе разработана пространственная структурная схема стенда, на основе которой в среде «Универсальный механизм» создана его пространственная динамическая модель. Динамическая модель стенда включает в себя 31 инерционную массу, на которые действуют линейные, контактные, биполярные и специальные силы. Для проверки адекватности созданной модели на начальном этапе выполнен расчет собственных частот колебаний ее масс в диапазоне от 0 до 10000 Гц. Сравнение их значений с результатами обработки экспериментальных цифровых осциллограмм колебаний масс стенда показало достаточную для решения инженерных задач сходимость результатов.
Известия МГТУ “МАМИ“. 2016;10(2):20-25
20-25
Экспериментальное исследование качества полимерных покрытий корпусных деталей тракторов и автомобилей из раствора эластомера Ф-40 при инфракрасной сушке
Аннотация
Инфракрасная сушка лакокрасочных покрытий автомобилей получила достаточно широкое применение при окраске. Однако вопрос инфракрасной термической обработки покрытий из раствора эластомера Ф-40 не изучен. В статье представлена методика и результаты экспериментальных исследований дефектности покрытий на корпусные детали тракторов и автомобилей из раствора эластомера Ф-40 при различных способах сушки, деформационно-прочностных свойств пленок эластомера Ф-40 от режима инфракрасной обработки, приведен ее оптимальный режим. Цена корпусных деталей узлов и агрегатов тракторов и автомобилей значительно превышает цену других типовых деталей и в значительной мере формирует цену агрегатов и машины в целом. Эти детали являются базисными, ресурсными деталями, которые в основном определяют срок службы всего агрегата. Одной из основных причин выбраковки корпусных деталей является износ посадочных отверстий под подшипники вследствие фреттинг-коррозии. Нанесение полимерных покрытий на поверхность отверстий позволяет значительно увеличить допуск при растачивании отверстий в процессе изготовления новых корпусных деталей, а также повысить ресурс неподвижных соединений подшипников и исключить появление фреттинг-коррозии. Применение терморадиационного способа сушки покрытий на основе эластомеров позволяет снизить дефектность покрытия в 1,43 раза по сравнению с конвективным способом. В работе определён оптимальный режим инфракрасной сушки пленок эластомера Ф-40 (температура , время ). Установлено, что инфракрасная сушка по сравнению с конвективным способом обеспечивает увеличение прочности материала в 1,42 раза, уменьшение температуры термической обработки на 20оС, времени на 1 ч, что подтверждает снижение энергозатрат.
Известия МГТУ “МАМИ“. 2016;10(2):26-31
26-31
Резиноармированные гусеницы сельскохозяйственных тракторов. Жесткость при растяжении и изгибе
Аннотация
Приведено теоретическое и экспериментальное исследование жесткости при растяжении и изгибе резиноармированных гусениц сельскохозяйственных тракторов с разработкой расчетных схем и аналитических выражений и оценкой их достоверности. Расхождение между результатами расчетов жесткости резиноармированных гусениц по полученным аналитическим выражениям с экспериментальными данными не превышает 3%, что подтверждает возможность использования расчетных схем и аналитических выражений в практических расчетах. Экспериментально оценено влияние конструктивного исполнения силового слоя и наличия повреждений резиноармированных гусениц на показатели их жесткости при растяжении и изгибе. На основе экспериментальных исследований резиноармированных гусениц установлено, что расхождение между значениями жесткости при растяжении целых и поврежденных образцов тросовой конструкции составляет 10,44 %, а для образцов кордной конструкции - 10,78 %, что подтверждает незначительное влияние наличия повреждений в виде поперечных трещин на величину жесткости гусениц при растяжении (при условии отсутствия расслоений). Установлено незначительное влияние конструктивного исполнения силового слоя резиноармированной гусеницы на величину ее жесткости при растяжении (при условии одинаковой несущей способности рассматриваемых силовых слоев) и значительное влияние наличия повреждений в виде поперечных трещин на величину жесткости резиноармированный гусениц при изгибе. Расхождение между значениями жесткости при изгибе целых и поврежденных образцов резиноармированных гусениц составляет 41,1 % для образцов тросовой конструкции и 22,9 % для образцов кордной конструкции, что подтверждает существенное влияние повреждений в виде поперечных трещин на величину жесткости гусениц при изгибе.
Известия МГТУ “МАМИ“. 2016;10(2):32-38
32-38
Транспортный робот с реконфигурируемой структурой
Аннотация
В статье рассматриваются результаты исследования новой конструкции транспортного робота для автоматизации различных видов работ в чрезвычайных ситуациях. Целью исследования является расширение функциональных свойств робота за счет возможности преодоления им различных преград, а также скоростного перемещения по ровным поверхностям путем реконфигурации своей структуры под тип поверхности перемещения. Робот имеет два гусеничных движителя, расположенных по бокам платформы для технологического оборудования, и два колёсных движителя, установленных спереди и сзади платформы между гусеничными группами. Особенностью конструкции является то, что оси колесных движителей связаны с платформой посредством рычагов, привод которых размещен на платформе с возможностью перемещения колесных движителей по вертикали относительно платформы. Длина рычагов может варьироваться, что позволяет трансформировать робот для преодоления различных препятствий. Разработана кинематическая модель робота в среде SolidWorks для исследования различных режимов движения. Создан экспериментальный образец робота с дистанционным управлением на основе стандартных комплектующих узлов. Его лабораторные испытания подтвердили возможность преодоления различных видов препятствий. Проведено моделирование системы управления выдвижением рычагов в программе Matlab Simulink , которое показало устойчивость работы системы при заданных параметрах. Результаты могут быть использованы при создании полномасштабных роботов.
Известия МГТУ “МАМИ“. 2016;10(2):39-45
39-45
К вопросу о комплексной безопасности автомобилей
Аннотация
В статье анализируются современные проблемы конструктивной безопасности автомобилей, регламентируемых международными Правилами ООН, с целью снижения числа дорожно-транспортных происшествий и особенно тяжести их последствий. Анализируется эффективность вводимых Правил ООН по снижению числа дорожно-транспортных происшествий и особенно степень снижения числа погибших и раненных при авариях на дорогах. Рассматриваются также вопросы, связанные с увеличивающимся загрязнением воздушной атмосферы крупных городов вредными выбросами с отработавшими газами от автомобильного транспорта, не смотря на многолетние усилия производителей по резкому их снижению до норм Евро-6 Правилами ООН по экологии № 49 и 83. Проведен сравнительный анализ зарубежных и отечественных исследований выбросов вредных веществ от износа шин, тормозных механизмов автомобильного транспорта и дорожного полотна. Обосновывается вывод о значительном увеличении загрязнения окружающей воздушной среды крупных городов твердыми и особенно мелкими взвешенными частицами от износа шин и дорожного полотна. Рассматриваемые в статье проблемы активной, пассивной и экологической безопасности предопределяют необходимость пересмотра концепции и стратегии международного и национального законодательства по комплексной безопасности автомобильного транспорта.
Известия МГТУ “МАМИ“. 2016;10(2):46-54
46-54
Обзор и классификация перспективных схем многопоточных комбинированных энергетических установок на основе их кинематического анализа
Аннотация
В статье рассмотрены существующие и предлагаемые к внедрению современные автомобильные многопоточные комбинированные энергетические установки, основанные на принципе разделения мощности на электрический и механический потоки. Такие комбинированные энергетические установки благодаря наличию в их структуре бесступенчатой электрической трансмиссии позволяют получить произвольное передаточное число от двигателя к колёсам, при этом сохранить достаточно высокий коэффициент полезного действия, присущий механическим трансмиссиям. Это позволяет предположить, что многопоточные комбинированные энергетические установки перспективны для применения на гибридных автомобилях, что подтверждается успешной эксплуатацией автомобиля Toyota Prius. В статье рассмотрены 16 различных схем электромеханических трансмиссий, часть из которых реально применялась на практике, другие же существовали только в виде опытных образцов или теоретических проектов. На основании их кинематического анализа, включающего определение количества режимов работы и степеней свободы, а также построение кинематических планов для различных режимов работы была предложена классификация многопоточных комбинированных энергетических установок по типу дифференциально механизма (механической части трансмиссии). Были выделены однорежимные и многорежимные многопоточные комбинированные энергетические установки, причём последние были разделены на 3 класса в зависимости от способа получения различных режимов: ступенчатые, переменнопоточные и комбинированные. Кроме того, внутри каждого класса были выявлены трансмиссии с дифференциалом на входе, с дифференциалом на выходе и со сложным разделением мощности. Представленный обзор позволяет ознакомиться с возможностями применения многопоточных комбинированных энергетических установок на автомобильном транспорте, понять присущие им достоинства и недостатки, определить перспективные области применения многопоточных электромеханических трансмиссий различных типов.
Известия МГТУ “МАМИ“. 2016;10(2):55-65
55-65
Предложения по формулированию закона регулирования гидрообъемной трансмиссией активизированного прицепного звена автопоезда
Аннотация
Статья посвящена разработке научно обоснованной методики создания систем автоматического адаптивного управления (СААУ) «интеллектуальными» трансмиссиями многоприводных колесных машин, в частности автопоездов с активизированными прицепными звеньями. Целью исследований является формулирование законов управления, использование которых в таких СААУ, должно обеспечивать автоматический выбор в различных условиях движения многоприводной машины энергоэффективного в данном случае режима распределения мощности между ее ведущими колесами. Одним из важнейших вопросов при этом является определение параметров, обладающих необходимой информативностью, контроль характера изменения которых в процессе движения машины позволит сформировать СААУ управляющие сигналы, обеспечивающие поддержание этого энергооптимального режима в изменяющихся условиях движения. Очевидно, что такими параметрами должны быть только те, которые могут контролироваться при движении автопоезда в условиях реальной эксплуатации известными и надежными в настоящее время методами. В статье приведены результаты такого поиска, полученные на основании проведенного математического моделирования установившегося прямолинейного движения автопоезда с активизированным прицепным звеном, привод ведущих колес которого обеспечивается при помощи регулируемой гидрообъемной трансмиссии, в условиях недеформируемой опорной поверхности. Анализ проводился в диапазоне изменения передаточных отношений привода ведущих колес прицепа, при которых в трансмиссии автопоезда не возникает межосевая циркуляция мощности. На основании проведенных исследований выявлены параметры, удовлетворяющие выше перечисленным требованиям, а также даны предложения по формулированию закона регулирования гидрообъемной трансмиссией активизированного прицепного звена автопоезда, использование которого в разрабатываемой СААУ позволит повысить энергоэффективность автопоезда.
Известия МГТУ “МАМИ“. 2016;10(2):66-76
66-76
Анализ структуры математической модели цикла поршневого двигателя
Аннотация
Проведен анализ структуры математической модели цикла поршневого двигателя и предложен модифицированный ее вариант, который позволяет определить оптимальное давление p в цилиндре. При анализе были использованы опубликованных результаты исследований рабочих процессов для поршневых двигателей, работающих жидком топливе, других авторов и даны рекомендации по использовании моделей при расчете и доводке двигателей. В рассматриваемой математической модели цикла используются уравнения: термодинамических процессов, баланса энергии, сохранения массы, состояния и известные эмпирические зависимости. Показано, что на изменение величины давления p оказывают основное влияние четыре фактора: текущий объём цилиндра V ; масса рабочего тела при газообмене M ; подвод теплоты, выделившейся при сгорании топлива Qx и теплообмен со стенками внутрицилиндрового пространства Qw . Проанализировано влияния каждого из этих факторов на изменение давления в цилиндре поршневого двигателя. Если определить вклад каждого из этих факторов на изменение давления рабочего тела в цилиндре, то это позволит целенаправленно совершенствовать процессы в поршневом двигателе, обеспечивая не только экологические, но и экономические показатели. Хотя математическая модель представлена в квазистационарной постановке, однако она позволяет обеспечивает получение требуемых результатов в расчётных исследованиях, особенно при доводке двигателя до требуемых показателей. При расчете цикла важное значение имеет точность определения начало видимого горения (начала подвода теплоты к рабочему телу по углу поворота коленчатого вала φ f ), а также определение времени задержки воспламенения смеси (ЗВС) τ i . Расположение точки по углу поворота коленчатого вала φ f относительно ВМТ существенно влияет на индикаторную работу и КПД цикла. Угол φ f является регулировочным параметром, поэтому при расчете цикла принятое значение его включается в исходные данные. Сложность учета влияния различных факторов на продолжительность задержки воспламенения смеси (ЗВС) обусловила большое разнообразие эмпирических или полуэмпирических формул для расчета времени ЗВС τ i , которое существенно усложняет их выбор для конкретной модели. Проведен анализ структуры, условий и способов получения формул для определения τ i (анализируется 19 полуэмпирических и экспериментальных формул различных авторов). Теплота, участвующая в теплообмене между рабочим телом и стенками внутрицилиндрового пространства вычисляется по формуле Ньютона-Рихмана. Приращения давлений и температур в трубопроводах вычисляются в выпускном и впускном трубопроводах. Описанная модель цикла поршневого двигателя реализована в пакете программ расчёта поршневых двигателей и используется в научно-исследовательской работе и учебном процессе.
Известия МГТУ “МАМИ“. 2016;10(2):77-83
77-83
Повышение эффективности использования альтернативного топлива на транспорте
Аннотация
Анализируются результаты научно-поисковых работ, проводимых на кафедре «Автотракторные двигатели» Университета машиностроения в области альтернативной энергетики, которая повсеместно считается наиболее перспективным направлением в решении проблемы энергетической и экологической безопасности транспортного комплекса. Анализируются причины, сдерживающие массовое применение альтернативных видов топлива в сфере энергопотребления отечественного транспорта, которые в основной своей массе имеют более низкие энергетические и кинетические показатели при сгорании по сравнению с традиционными топливами. Изложен новый подход к решению проблемы повышения химмотологических показателей альтернативных топлив на основе их предварительной термохимической переработки - конверсии на борту транспортного средства. Проведены результаты предварительного аналитического изучения параметров процесса бортовой конверсии для ряда потенциально приемлемых видов альтернативного топлива с целью оценки эффективности этого процесса. Возможность практической реализации предложенного процесса химмотологического преобразования альтернативного топлива с оценкой его эффективности проверялась по результатам опытной апробации в условиях натурных испытаний дизеля. По результатам исследования обосновывается целесообразность использования этого процесса в транспортных технологиях благодаря технической простоте его реализация и эффективности. Реализация бортовой конверсии альтернативного топлива осуществима на любом типе серийного двигателя без изменения его базовой конструкции. Основной компонент конверсионной системы - термокаталитический реактор представляет собой простейшую конструкцию теплообменного аппарата, массовые и габаритные характеристики которого (в объеме обычного глушителя) обеспечивают удобство его установки в выпускной системе двигателя. Применение газообразных продуктов конверсии способствует улучшению процесса смесеобразования, благодаря тому, что оба компонента горючей смеси: воздух и топливо находятся в одном агрегатном состоянии. Кроме того, компонентном составе этих продуктов содержаться реакционно активные соединения, способствующие совершенствованию экологических и энергосберегающих показателей процесса сгорания топлива, повышению эффективности рабочего цикла двигателя.
Известия МГТУ “МАМИ“. 2016;10(2):84-92
84-92
Теоретическое исследование статической характеристики автомобильного фрикционного сцепления как объекта автоматического управления
Аннотация
Сокращение расходов, связанных с эксплуатацией автомобилей, за счёт повышения ресурса их систем является актуальной научно-технической задачей, решение которой может осуществляться различными путями. Один из таких путей состоит в использовании автоматики, обеспечивающей оптимальные режимы работы. Известно, что пары трения сцеплений самоходных машин - наименее долговечные узлы их трансмиссий, поэтому, приведённые выше соображения особо актуальны именно для них. Дисковое фрикционное сцепление есть система, состояние которой меняется в процессе эксплуатации вследствие износа накладок ведомых дисков. Рассматривая его в качестве одного из объектов управления автоматической механической ступенчатой трансмиссии, следует отметить, что изменение состояния влечёт за собой изменение характеристик протекания рабочих процессов. При отсутствии в системе автоматического управления средств устранения этого изменения или же его отслеживания и компенсации, используемый данной системой алгоритм будет постепенно терять адекватность объекту, следствием чего станет ускоренный износ накладок и увеличение расходов, связанных как с заменами ведомого диска, так и с простоем автомобиля во время ремонтов. Наличие в конструкции сцепления элементов, имеющих нелинейные упругие характеристики, позволяет предположить, что описанный процесс будет иметь нетривиальный характер, требующий исследования свойственных ему закономерностей, что в дальнейшем позволит оценить их влияние на нагруженность пар трения. В настоящей работе построением и реализацией соответствующей математической модели решается первая из упомянутых задач применительно к фрикционному однодисковому сухому сцеплению, нажимное усилие в котором создаётся разрезной тарельчатой пружиной с прямой установкой.
Известия МГТУ “МАМИ“. 2016;10(2):92-102
92-102