Том 14, № 3 (2020)
- Год: 2020
- Статей: 12
- URL: https://journal-vniispk.ru/2074-0530/issue/view/3699
Статьи
Методология проведения климатических испытаний в кабинах и обитаемых отсеках колёсных и гусеничных машин
Аннотация
В процессе проведения многолетних климатических исследований и анализа исследовательских работ других авторов был выявлен ряд методических ошибок, которые не позволяли получить в некоторых случаях объективные и доверительные результаты исследований. Также в результате оценки ряда материалов исследований отечественных и зарубежных авторов было выявлено сокрытие реальных температурно-влажностных характеристик внутри обитаемых отсеков. Это было сделано, скорее всего, по причине коммерческой заинтересованности в искажённых результатах исследований. С начала 90-х годов ХХ века автору приходилось очень часто принимать участие в работах с целью улучшения климатических характеристик внутри обитаемых отсеков специальных колёсных и гусеничных машин, но машины по своей конструкции были совершенно не приспособлены для установки климатических установок и не обладали свободной мощностью для обеспечения их механического и электрического приводов. Особенно сложно обеспечить требуемые климатические характеристики в обитаемых отсеках в условиях высоких температур. Это связано с тем, что стоимость холода в обитаемом отсеке в 5-7 раз выше, чем стоимость тепла, к тому же агрегаты, используемые для генерации холода, требуют большей точности и качества изготовления по сравнению с другими агрегатами, а большие вибрационные и ударные нагрузки приводят к повреждению деталей и агрегатов системы и утечки хладагента. Были проведены исследования по объективной оценке тепловых потоков, поступающих в кабины и обитаемые отсеки, и результаты сравнены с прежними методическими наработками. В ходе исследований было определено, что основную тепловую нагрузку кабин и обитаемых отсеков несёт солнечная радиация, проникающая внутрь обитаемого отсека через прозрачные ограждения. По результатам натурных исследований даны рекомендации по климатическим испытаниям полноразмерных машин и макетов кабин. Натурные климатические испытания являются наиболее сложными по своей сути, так как они зависят от переменчивой погоды и во многих случаях не могут объективно воспроизведены в климатической камере.
Известия МГТУ “МАМИ“. 2020;14(3):2-6
2-6
Сравнительные характеристики дизельных и газотурбинных энергоустановок для мобильных тягово-транспортных средств
Аннотация
В работе рассматривается использование дизель-электрических энергетических установок на мобильных транспортных средствах, проведён анализ их использования и применения. Приведены сравнительные мощностные и массовые характеристики дизельных и газотурбинных силовых агрегатов, показаны положительные и отрицательные стороны их использования. Определена эффективность внедрения газотурбинных двигателей на тракторах различных тяговых классов сельскохозяйственного назначения и разработана новая кинематическая схема энергетической установки мобильного транспортного средства. Проведён анализ и установлено, что в России газотурбинная сельскохозяйственная техника никогда не производилась, а проводившиеся отдельные экспериментальные исследования носили не системный характер и были прекращены по независимым от результата причинам. Целью работы является разработка инновационной кинематической схемы с электроприводом и силовым блоком на базе газотурбинного двигателя для мобильного транспортного средства сельскохозяйственного назначения, используя последние достижения науки и техники в части развития газотурбинных технологий. Установлено, что массаэнергетические характеристики газотурбинных установок значительно лучше дизельных, значительно ниже уровень вибрации, больший крутящий момент силовой установки на низких оборотах, более простое управление трактором, что открывает широкую перспективу для их использования на мобильных транспортных средствах сельскохозяйственного назначения. Проведённые экспериментальные исследования по обработке 1 га площади по экономической эффективности показали неоспоримое преимущество практически лабораторного образца трактора с газотурбинным двигателем, относительно такого же отработанного и много лет выпускаемого трактора с дизельным двигателем, выраженное, несмотря на несколько больший расходу топлива, в использовании более дешёвого керосина.
Известия МГТУ “МАМИ“. 2020;14(3):7-13
7-13
Проблемы применения активно-рекуперативной подвески и пути их решения
Аннотация
Целью работы является раскрытие неочевидных недостатков активно-рекуперативной подвески, а также обозначение возможных вариантов борьбы с ними. Такими проблемами являются опасность пробоя подвески в активном режиме, невозможность работы в рекуперативном режиме при скорости деформации подвески ниже пороговой, работа системы в режиме раскачки. Новизна работы заключается в том, что ранее эти аспекты функционирования активно-рекуперативной системы подрессоривания не рассматривались. Проблема повышенного риска пробоя подвески заключается в том, что в активном режиме деформирование упругого устройства происходит не только за счет работы внешнего возмущения (неровностей дороги), но и за счет работы, совершенной актуатором. В качестве решений предлагаются: правильный подбор параметров системы; сбор дополнительной информации о профиле неровности; введение превентивных мер в алгоритм управления. Проблема невозможности работы в рекуперативном режиме при скорости деформации подвески ниже пороговой заключается в том, что электродвижущая сила индукции на обмотке ротора на малых скоростях может быть ниже порогового напряжения зарядки на клеммах накопителя энергии. В качестве решений предлагаются: сухое трения в подвеске; введение в конструкцию подвески амортизатора с выраженной дегрессивностью характеристики; снижение порогового напряжения зарядки с помощью разделения цепей питания и зарядки с использованием преобразователя напряжения; введение «цепи рассеивания» в цепь якоря; оптимальное управлением цепью возбуждения. Проблема работы системы в режиме раскачки заключается в том, что при определенных условиях через актуатор в колебательную систему подводится энергия, в результате чего происходит постепенное увеличение амплитуды колебаний. В качестве решений предлагается: ввод дополнительного демпфера или обратной связи по скорости деформации подвески.
Известия МГТУ “МАМИ“. 2020;14(3):14-22
14-22
Подвижность агрегатов перспективных ракетных комплексов на базе автопоездов с активным прицепным звеном
Аннотация
К агрегатам перспективных ракетных комплексов (АПРК) относятся автономные пусковые установки подвижного грунтового ракетного комплекса, транспортно-установочные, заправочные, регламентные и вспомогательные технические средства технологического оборудования, которые должны обладать оперативно-тактической и стратегической подвижностью. Под оперативно-тактической подвижностью понимается способность АПРК к переходу из одного пункта в другой за определенное время. Стратегическая подвижность, характеризуется приспособляемостью АПРК к погрузке и перевозке их другими видами транспорта: железнодорожным, воздушным, водным. В качестве измерителя подвижности принимается средняя скорость движения, которой должны обладать АПРК, чтобы обеспечить своевременность, эффективность и безопасность выполнения поставленных задач, а также возможность выхода из-под влияния поражающих факторов ядерного взрыва, в первую очередь от избыточного давления во фронте ударной взрывной волны. Повысить подвижность АПРК можно путем размещения их на базе автопоездов, однако существующие конструкции агрегатов в составе автопоездов имеют недостатки, снижающие проходимость и, как следствие, среднюю скорость движения, к ним относятся невысокая опорная и геометрическая проходимость. На геометрическую проходимость оказывают влияние конструктивные факторы. Так, например, для автопоезда характерно увеличение габаритной ширины, так как прицепное звено под действием боковых реакций опорной поверхности относительно колеи движения тягача смещается в сторону мгновенного центра поворота. Это смещение вызывает увеличение сопротивления движению на деформируемых грунтах, а, следовательно, ухудшение проходимости и снижению ряда других эксплуатационных свойств автопоезда. Повысить подвижность АПРК можно путем размещения их на базе автопоезда с активным при-цепным звеном, управления распределением потоков мощности, подводимой к колесам полно-приводного автопоезда в зависимости от возможности реализации свободной тяги каждым колесом, изменения положения полюса поворота автопоезда в зависимости от угла поворота рулевого колеса и скорости выполняемого маневра.
Известия МГТУ “МАМИ“. 2020;14(3):23-28
23-28
Энтропийно-статистический анализ цикла системы кондиционирования воздуха самолета
Аннотация
В большинстве современных самолетов повсеместно применяются системы кондиционирования воздуха, для обеспечения комфортным условий полета пассажиров и экипажа, а также для охлаждения оборудования аппарата. Самолетостроение развивается с каждым годом, и требования к таким системам повышаются. Предварительные расчеты и анализы таких систем имеют ключевое значение в их разработке. Подобные расчеты повзоляют определить весь дальнейший путь разработки системы и предовратить множество ошибок. Также они помогают регулярно улучшать показатели систем, в частности их энергетические характеристики. Основными требованиями к системам являются надежность, энергоэффективность и массо-габаритные параметры. Именно об анализе эффективности системы и её отдельных узлов написана эта работа. Помимо этого рассмотрено отдельно влияние сторонних факторов на эффективность системы, в частности - наличие влаги в потоке рабочего воздуха. В данной статье рассмотрены результаты термодинамического расчёта и анализа энтропийно-статистическим методом системы кондиционирования воздуха на различных режимах работы. Рассмотрены эффективность системы в целом и проанализировано влияние несовершенства каждого из её узлов в частности. В качестве исходных параметров для расчёта систем взяты стандартные параметры работы таких систем на самолетах. Для анализа выбрана система с двухколесным турбохолодильным агрегатом с влагоудалением на тракте высокого давления. Приведена принципиальная схема рассматриваемой системы, даны формулы расчета минимально необходимой работы для компенсации производства энтропии по узлам системы. Для вычислений использовались программные комплексы MathCAD , Coolprop и Matlab .
Известия МГТУ “МАМИ“. 2020;14(3):29-35
29-35
Повышение прочности чугунных гильз цилиндров двигателей строительно-дорожных машин
Аннотация
В конструкциях двигателей строительно-дорожных машин довольно широкое распространение получили гильзы цилиндров, которые изготавливаются из серого чугуна. Среди негативных свойств данного конструкционного материала можно отметить сравнительно низкую прочность и высокую хрупкость. Это повышает вероятность возникновения как производственных, так и эксплуатационных дефектов. Поэтому повышение эксплуатационных характеристик рассматриваемых деталей является актуальной проблемой. Перспективным направлением в данном случае является использование химико-термической обработки. Целью работы является исследование влияния химико-термической обработки серого чугуна на прочность. В работе исследуется прочность чугуна, подвергнутого химико-термической обработке (термодиффузионному поверхностному легированию). На основе экспериментальных исследований изучено влияние толщины упрочненного слоя на прочность. Создана численная модель в пакете Ansys и исследовано влияние упрочненного слоя на прочность гильз цилиндров двигателей строительно-дорожных машин.
Известия МГТУ “МАМИ“. 2020;14(3):36-40
36-40
Оптимизация состава этаноло-топливной эмульсии для использования в дизельных двигателях
Аннотация
Использование альтернативных топлив биологического происхождения, в частности, спиртов, следует считать делом уже самой ближайшей перспективы. Ученые всего мира исследуют все более концентрированные составы этаноло-топливных эмульсий с различного рода присадками. Однако до настоящего времени не определены целесообразные пределы замещения ДТ этанолом. С учетом глубины проблемы, в первую очередь, необходимо рассматривать создание ЭТЭ с целым рядом необходимых свойств, что возможно только в случае применения присадок. Проведенный анализ используемых в топливе присадок показал, что направленность действия присадок обычно очень узка. Соответственно, для обеспечения ряда необходимых свойств ЭТЭ требуется присадка комплексного действия. Испытания проводились в несколько этапов. Исследовалась стабильность нового состава топлива с применением различных присадок. Была определена присадка с наилучшими показателями и принята для дальнейшего использования в экспериментах. Далее производились сравнительные испытания работы топливоподающей аппаратуры как на базовом топливе, так и на новых составах топлив. Завершающим этапом исследований была проверка параметров работоспособности двигателя в целом при работе на основных нагрузочных и скоростных режимах. В статье рассмотрен возможный вариант действия присадки комплексного действия на основе дисульфида молибдена MoS2 в качестве игнибитора горения. Приведен предположительный вид и механизм протекающих реакций в камере сгорания дизельного двигателя. Представлены результаты экспериментаов по работоспособности форсунок 455.1112010-50 на различных составах новых топлив и при изменяющихся условиях. Рассмотрены экологические показатели работы двигателя 4ЧН 11,0/12,5 при работе по внешней скоростной характеристике на различных составах топлив. По результатам анализа данных сделаны выводы об ограничении присутствия этанола в смеси и обоснован предел замещения основного топлива.
Известия МГТУ “МАМИ“. 2020;14(3):41-47
41-47
Обзор подходов к распознаванию усталости водителя и существующих технических решений
Аннотация
В статье проводится анализ существующих методов по определению состояния водителя. Вождение в состоянии усталости, согласно различным статистическим данным, является причиной большого количества дорожно-транспортных происшествий (ДТП): процент ДТП в России, связанных с засыпанием водителя за рулем, в 2018 году составляет порядка 20%, в США число аварий по этой же причине достигает 100000 в год. Целью работы является проведение обзора существующих подходов к распознаванию усталости водителя и существующих технических решений в этой области. В статье рассмотрены такие подходы, как распознавание усталости на основе физиологического состояния водителя, распознавание на основе поведения водителя, а именно его речи и визуальных признаков во время движения автомобиля, определение усталости на основе характера движения автомобиля по дороге и на основе воздействий водителя на органы управления, подходы, основанные на субъективной оценке состояния водителя. Проанализированы преимущества и недостатки каждого из подходов. Также в работе приведен обзор существующих систем распознавания усталости от различных производителей, применяемых на автомобилях в настоящее время и призванных предупреждать водителя о наступающей усталости. В ходе работы было выявлено, что в современных условиях эксплуатации автомобильного транспорта наиболее оптимальными являются подходы к распознаванию усталости, основанные на оценке воздействий водителя на рулевое колесо, визуальных признаков усталости водителя и характера движения автомобиля по дороге, поэтому предлагается в дальнейшем сконцентрироваться на этих методах.
Известия МГТУ “МАМИ“. 2020;14(3):48-58
48-58
Экспериментальная оценка нагрузочной способности роликов гравитационных конвейеров для палет
Аннотация
Приведены основные подходы к расчетам нагрузочной способности несущих роликов гравитационных конвейеров. Показано, что на практике в конструкциях современных неприводных конвейеров для палет приоритетом при выборе шага установки несущих роликов является стабильность и устройчивость движения груза, а не минимизация количества роликов. В связи с актуальной задачей снижения металлоемкости и стоимости гравитационных роликовых конвейеров для палет целью работы является экспериментальное определение нагрузочной способности роликов гравитационных конвейеров для палет с пластиковыми корпусами подшипников. Экспериментальные исследования проводились в лаборатории кафедры прикладной механики на универсальной испытательной машине Galdabini Quasar 50 при использовании специальной роликовой опоры для двух конструкций роликов - со сплошной осью и на полуосях. Результаты испытаний показали, что жесткость ролика со сплошной осью в диапазоне нагрузок до 670 Н составляет порядка 1358,4 Н/мм, а в диапазоне нагрузок от 670 до 1500Н - 2229,9 Н/мм. Жесткость ролика на полуосях во всем диапазоне нагрузок составляет 2048,0 Н/мм. Анализ полученных результатов показал, что для нагрузок свыше 670Н использование оси незначительно увеличивает коэффициент жесткости, а в диапазоне нагрузок до 670Н, наоборот, снижает. С целью снижения себестоимости НР с пластиковыми корпусами подшипников целесообразно использование конструкции на полуосях.
Известия МГТУ “МАМИ“. 2020;14(3):59-64
59-64
Моделирование автомобильных шин на основе метода конечных элементов
Аннотация
Моделирование колесных машин является одним из основных направлений развития и практического применения программных систем, основанных на моделировании динамики систем тел. В рамках настоящей статьи рассмотрена методика анализа автомобильной шины методом конечных элементов при различных видах нагружения с целью идентификации параметров её упрощенных динамических моделей. На основе метода конечных элементов создана уточненная модель шины, которая учитывает сложную геометрическую форму различных частей шины, их свойства материалов, а также контактное взаимодействие шины с опорой. Апробирована работоспособность этой модели, как при выполнении статических расчетов напряжённо-деформированного состояния шины от действия внешней нагрузки, так и при решении обобщенной проблемы собственных значений. Подтверждено большое влияние на собственные частоты и формы колебаний шины внешней нагрузки. Одним из возможных применений рассмотренной методики конечно-элементного моделирования шины является выполнение уточненных расчетов динамики колесных машин в программном комплексе «Универсальный механизм». Существует несколько вариантов динамических моделей шины, которые могут быть использованы для исследования динамики внедорожных колёсных машин в том числе модель на основе метода дискретных элементов и модель на основе метода связанных подструктур. Модель на основе метода дискретных элементов представляет собой некоторое количество абсолютно твёрдых тел-частиц, связанных между собой и диском колеса набором упруго-диссипативных элементов. Каждая частица такой модели имеет три линейные степени свободы относительно диска колеса. Результаты расчётов уточнённой конечно-элементной модели шины необходимы для идентификации массовых и упруго-диссипативных свойств этой динамической модели шины. В модели на основе метола связанных подструктур упругие перемещения шины представляются в виде суммы допустимых форм упругого тела. В качестве допустимых форм упругого тела используются статические и собственные формы колебаний, рассчитанные с использованием уточнённой конечно-элементной модели шины.
Известия МГТУ “МАМИ“. 2020;14(3):65-74
65-74
Математическое моделирование процесса функционирования одноцилиндрового дизеля с воздушным охлаждением с учетом расхода картерных газов
Аннотация
В настоящее время наиболее эффективным методом исследования двигателей внутреннего сгорания (ДВС) является математическое моделирование и вычислительный эксперимент. Использование вычислительного эксперимента позволяет существенно сократить материальные и временные затраты при исследовании, проектировании и доводке ДВС. В тоже время, несмотря на высокий уровень применяемых математических моделей, практически отсутствуют исследования, направленные на установление закономерностей влияния состояния цилиндропоршневой группы (ЦПГ) на расход картерных газов и другие показатели работы двигателя на установившихся и переходных режимах. Настоящая статья посвящена решению актуальной задачи, связанной с разработкой теоретической базы, обеспечивающей комплексное имитационное моделирование установившихся и переходных режимов работы дизеля с учетом расхода картерных газов. В статье представлена математическая модель дизеля, базирующаяся на тепломеханике, которая отражает основные особенности двигателя как системы, преобразующей энергию во времени. Система уравнений математической модели основывается на законах сохранения энергии, массы, уравнениях движения твердых звеньев и включает дифференциальные уравнения скоростей изменения температуры и плотности рабочего тела в цилиндре и в картере ДВС, идеально-газовое уравнение состояния, а также дифференциальные уравнения изменения угловой скорости и угла поворота вала двигателя. Математическая модель апробирована на примере малоразмерного одноцилиндрового дизеля 1Ч9,5/8,0 с воздушным охлаждением. Данный тип двигателей широко применяется для средств малой механизации в сельском хозяйстве, генераторных установок и т.д. В статье представлены результаты расчетов ряда режимов работы двигателя в сравнении с результатами натурных испытаний, проведенных на стенде.
Известия МГТУ “МАМИ“. 2020;14(3):75-82
75-82
Технико-экономический анализ эффективности ветроэлектростанции малой мощности в климатических условиях центра Европейской части России
Аннотация
В настоящее время в мире активно развивается альтернативная энергетика, основанная на солнечной энергии и энергии ветра. Причина этого - очевидные признаки глобального потепления, вероятно вызванного выбросами парниковых газов - продуктов сжигания органического топлива. Производство электрической энергии на солнечных и ветровых электростанциях, в отличии от традиционных тепловых электростанций, не приводит к выбросу в атмосферу парниковых газов. В данной статье рассматривается потенциал ветряных электростанций в условиях центральной зоны Европейской части России, на примере Калужской области. При написании статьи были использованы открытые климатические данные METAR метеорологической станции Международного аэродрома «Калуга» им. К.Э. Циолковского ( KLF ). Использовались данные о средней скорости ветра за трехчасовые промежутки времени в течениe одного года. Был проведен анализ скорости ветра - построен график вероятности наблюдения той или иной скорости ветра, который показал, что средняя скорость ветра в Калужской области составляет порядка 2…4 м/с. Произведён расчет генерации электрической энергии серийным ветрогенератором малой мощности, определен коэффициент использования установленной мощности КИУМ = 7 %. Установлено, что Калужская область обладает низким ветроэнергетическим потенциалом. Получение электроэнергии на основе ветра в условиях Калужской области возможно, но расчеты показали, что срок окупаемости таких энергоустановок в указанных условиях даже без учета затрат на установку, вспомогательное оборудование и техническое обслуживание ветрогенератора составляет около 30 лет. В результате проведенного исследования был сделан вывод об отсутствии экономической целесообразности эксплуатации маломощностных ветряных электростанций в условиях центральной зоны Европейской части России.
Известия МГТУ “МАМИ“. 2020;14(3):83-87
83-87