Том 11, № 4 (2017)
- Год: 2017
- Статей: 12
- URL: https://journal-vniispk.ru/2074-0530/issue/view/3708
Статьи
Разработка экспериментально-исследовательского комплекса по определению показателей взаимодействия пневматической шины с грунтом
Аннотация
При проектировании полноприводной колесной машины важной задачей является прогнозирование ее тяговых свойств и ожидаемых параметров проходимости. Для решения такой задачи необходимо иметь адекватную расчетную модель взаимодействия колесного движителя и деформируемого опорного основания. Рассмотрены задачи, связанные с разработкой конструкции стенда, позволяющего проводить тонкие эксперименты в механической системе «активное колесо - грунт» в лабораторных условиях. Основными задачами при проведении экспериментов на этом стенде являются: имитация силового и кинематического взаимодействия реальной пневматической шины (автомобильного колеса) с деформируемой грунтовой поверхностью, механическое состояние которой можно варьировать; измерение силовых и кинематических параметров взаимодействия в системе «шина - грунт»; визуализация процесса неустановившегося взаимодействия шины и грунта в пятне их контакта при разгоне, буксовании и торможении; разработка и создание измерительного комплекса по оценке физико-механического состояния грунтового массива. Проведен обзор существующих конструкций аналогичных стендов и установок для определения параметров взаимодействия колеса с опорным основанием. Рассмотрены задачи, которые необходимо решить в процессе проведения экспериментов, а именно: имитация силового и кинематического взаимодействия реальной пневматической шины (автомобильного колеса) с деформируемой грунтовой поверхностью, механическое состояние которой можно варьировать; измерение силовых и кинематических параметров взаимодействия в системе «шина - грунт»; разработка и создание измерительного комплекса по оценке физико-механического состояния грунтового массива. Представлен комплект измерительного оборудования, с помощью которого оценивается физико-механическое состояние грунтовых условий во время проводимых испытаний. Исследования и эксперименты позволят уточнить физику процессов, происходящих в пятне их контакта, как со стороны шины, так и грунта.
Известия МГТУ “МАМИ“. 2017;11(4):2-9
2-9
О необходимости создания автомобилей сельскохозяйственного назначения
Аннотация
Для обеспечения уборки и транспортировки урожая на почвах с низкой несущей способностью разработан ряд конструкций уборочно-транспортных машин на гусеничном ходу. В настоящее время на гусеничном движителе работает большой парк уборочно-транспортных машин в районах Дальнего Востока, стран Ближнего зарубежья, Прибалтики, Средней Азии, на Кубе, во Вьетнаме и Китае. Главной отличительной особенностью данного класса машин является необходимость обеспечить высокую проходимость при минимальном разрушении плодородного слоя почвы. Важнейшими требованиями к гусеничным движителям, предъявляемыми потребителями, являются требования по обеспечению асфальтоходности, снижению уровня шума и вибрации деталей, повышению транспортных и рабочих скоростей машин, комфортабельности езды, повышению срока службы, снижению отрицательного воздействия на почву. Сельское хозяйство России несет большие потери из-за отсутствия техники для работы на почвах с низкой несущей способностью, что приводит к тому, что уборка озимых продолжается более 40 дней, потери составляют 42 %. В дождливый год увеличивается количество уборочной и транспортной техники, эта техника не может въехать в поле и бездействует. Чтобы повысить эффективность сельского хозяйства, необходимо разработать технологические средства для выполнения транспортно-технологических процессов при неблагоприятных погодных условиях. Ряд таких сельскохозяйственных культур, как соя и рис, выращивается с применением водных чеков, что создает трудности при вывозке урожая от уборочных комбайнов. В процессе внесения удобрений около 40 % поверхности почвы уплотняется колесами. Уплотнение почвы способствует образованию при вспашке крупных и плотных глыб, которые ухудшают условия нормального роста растений. В настоящее время ни один серийно выпускаемый автомобиль, применяемый в сельском хозяйстве, не отвечает требованиям ГОСТ 26955-86.
Известия МГТУ “МАМИ“. 2017;11(4):10-16
10-16
Зависимость долговечности и износостойкости от форсирования и погрешностей производства ДВС
Аннотация
Анализируется зависимость долговечности и износостойкости деталей от форсирования и технических возможностей производства ДВС. Развитие двигателестроения характеризует форсирование ДВС. Погрешности включают зазор и соответствие микро- и макрогеометрии трущихся поверхностей деталей своим оптимальным, приработанным параметрам. Для обеспечения работоспособности, сохранения и улучшения долговечности и износостойкости деталей при форсировании погрешности уменьшаются. Целью исследования является оценка долговечности и износостойкости деталей от технических возможностей двигателестроения, обусловливаемых погрешностями проектирования и производства и уровнем форсирования ДВС. Взаимосвязь форсирования, производства и надежности анализируется по динамике развития ДВС автомобилей, эмпирических и прогнозируемых данных долговечности и износостойкости кривошипно-шатунного механизма и цилиндропоршневой группы. Ведется расчет коэффициента пропорциональности и теоретической погрешности проектирования и производства ДВС для двигателей ГАЗ и ЗМЗ. С модернизацией производства и уменьшением погрешностей, техническая характеристика и двигателя и машины улучшается. Приводится связь двигателя с автомобилем. Выведены зависимости погрешностей проектирования и производства и интенсивности износа деталей кривошипно-шатунного механизма и цилиндропоршневой группы от форсирования ДВС. Определено, что с повышением степени сжатия и частоты вращения коленчатого вала интенсивность износа уменьшается быстрее погрешностей. Это объясняется влиянием погрешностей на свойства трибосопряжения, двигателя и автомобиля, согласованное развитие которых обеспечивает повышенный рост долговечности и износостойкости деталей.
Известия МГТУ “МАМИ“. 2017;11(4):17-21
17-21
Распределение нагрузки по зонам подконструкций рамы гоночного автомобиля багги класса Д2
Аннотация
В данной работе рассматривается вопрос нагруженности несущей системы автомобиля багги при наиболее типичных режимах нагружения. В качестве таковых выступают режим наезда переднего колеса на препятствие, режим наезда заднего колеса на препятствие, режим диагонального нагружения, а также режим закручивания рамы вокруг продольной оси. Для удобства анализа рама автомобиля багги поделена на подконструкции, которые, в свою очередь, разделены на зоны. Для каждой из зон каждой подконструкции посредством столбчатых диаграмм показана доля воспринимаемой нагрузки при каждом виде нагружения. Представленные графики позволяют легко анализировать перегруженные и недогруженные области. К примеру, стержни верхней зоны заднего подрамника принимают очень небольшую нагрузку, учитывая долю их объема. Обратная ситуация наблюдается в области боковин: в этой зоне существенно более высокая нагрузка приходится на значительно меньший объем материала. В то же время, области пола и середины воспринимают долю нагрузки, сообразную своей доле объема, что можно считать оптимальным показателем распределения нагрузки по объему. В этой связи важно отметить, что представленные диаграммы распределения средних напряжений по зонам подконструкций могут быть использованы в качестве отправной точки для оптимизации существующих или для разработки подобных конструкций «с чистого листа». Подсчет приходящейся на подконструкцию нагрузки осуществлялся суммированием средних напряжений по элементам, составляющим рассматриваемую подконструкцию. Кроме того, при помощи соответствующего коэффициента была дана оценка соответствию доли объема зоны той или иной подконструкции доле приходящейся на нее нагрузки. Данная информация может впоследствии использоваться для проведения работ по оптимизации конструкции или использоваться в качестве отправной точки для проектирования аналогичных конструкций. Все представленные расчеты проводились в среде компьютерного моделирования SolidWorks с использование метода конечных элементов.
Известия МГТУ “МАМИ“. 2017;11(4):22-31
22-31
Влияние транспортной конфигурации крана-манипулятора на нагруженность подвески базового шасси
Аннотация
Рассмотрено влияние возможных положений крана-манипулятора в транспортном режиме (стрелой вперед или стрелой назад) на нагруженность передней и задней подвески базового колесного шасси (грузового автомобиля). Для этого построена математическая модель, представляющая собой уравнения движения системы сосредоточенных масс, соединенных упруго-диссипативными связями. При интегрировании уравнений движения учитывается воздействие микронеровности опорного основания и грузового момента со стороны крана-манипулятора. Деформации и усилия в подвеске оцениваются с учетом статических и динамических составляющих, вычисленных с использованием разработанной модели. Выполнены расчеты для трехосного грузового автомобиля КамАЗ 53215, оснащенного Г-образным краном-манипулятором типа Kanglim KS3105. Результаты компьютерного моделирования с помощью построенной математической модели показали, что расположение крана-манипулятора стрелой вперед приводит к значительной перегрузке передней подвески базового колесного шасси. Расположение крана-манипулятора стрелой назад приводит к разгрузке передней подвески базового шасси. Однако перегрузка задней подвески оказывается значительно ниже, так как задняя подвеска базового шасси в большей степени рассчитана на восприятие веса полезного груза. При передвижении базового грузового автомобиля с транспортным положением крана-манипулятора стрелой вперед динамическая составляющая нагрузки на переднюю подвеску выше на 10…15 %, чем при транспортном положении крана-манипулятора стрелой назад, а нагрузка на заднюю подвеску базового шасси ниже на 8…9 %. Разработанную математическую модель и расчетную методику целесообразно использовать для рационального выбора транспортной конфигурации крана-манипулятора при заданных в каждом конкретном случае характеристиках базового грузового автомобиля и загрузки транспортируемым грузом.
Известия МГТУ “МАМИ“. 2017;11(4):32-38
32-38
Скоростные характеристики автомобильного дизеля при работе на природном газе
Аннотация
В статье представлены графики скоростных характеристик дизеля Д-245.7 при работе по газодизельному процессу. Одним из способов повышения эффективности автомобильных перевозок в настоящее время является перевод двигателей автотранспортных средств на альтернативные, более дешевые виды топлива. Среди различных альтернативных топлив очень привлекательным является природный газ. Если переводить на природный газ дизельный двигатель, то лучшим способом перевода будет реализация газодизельного процесса. Сведений в литературе по данному вопросу еще не достаточно, поэтому исследования на подобную тему являются актуальными. В Вятской государственной сельскохозяйственной академии были проведены исследования по переводу дизеля Д-245.7 на газодизельный процесс, определены показатели процесса сгорания, характеристики тепловыделения, эффективные показатели. Работа по газодизельному процессу приводит к повышению значений показателей процесса сгорания и характеристик тепловыделения в цилиндре дизеля. При этом несколько возрастают тепловые и механические нагрузки. В начальные периоды сгорания в цилиндре повышается скорость и величина активного тепловыделения. Это изменение свидетельствует о том, что сгорание происходит по объемному механизму. На газодизельном процессе по сравнению с дизельным процессом происходит снижение часового расхода воздуха, уменьшается температура отработавших газов, снижается давление наддува, несколько понижается эффективный КПД, но при этом снижения мощности и крутящего момента не происходит. На основании исследований сделаны следующие выводы: 1) при переходе на газодизельный процесс повышается давление, температура в цилиндре, скорость нарастания давления, но максимальные значения этих параметров не превышают предельных допустимых значений дизельных двигателей; 2) на газодизельном процессе сгорание в цилиндре происходит по объемному механизму, большая часть топлива сгорает в фазе быстрого горения; 3) мощностные параметры двигателя на газодизельном процессе во всем скоростном диапазоне полностью соответствуют дизельному процессу; 4) при работе дизеля по внешней скоростной характеристике на газодизельном процессе по сравнению с дизельным процессом достигается снижение расхода дизельного топлива минимум на 83 % за счет замещения его природным газом.
Известия МГТУ “МАМИ“. 2017;11(4):39-45
39-45
Совершенствование конструкции водоиспарительных охладителей воздуха в кабинах тракторов
Аннотация
Для мобильных объектов в настоящее время зарубежные фирмы поставляют в нашу страну широкую номенклатуру устройств кондиционирования воздуха, базирующихся на хладоновой (фреоновой) холодильной машине. Они предназначены для применения в принципиально отличных от наших климатических условиях, характеризующихся относительно коротким теплым периодом года, что должно учитываться при выборе режимов работы и состава функциональных частей устройств кондиционирования воздуха. Предложены два варианта конструкции двухступенчатых водоиспарительных воздухоохладителей, выполненных по раздельной схеме, где в качестве первого (основного) агрегата, предназначенного для кондиционирования воздуха, применен блок, содержащий последовательно размещенные водо-воздушный теплообменник и орошаемую водой насадку, а в качестве второго (вспомогательного) агрегата, предназначенного для приготовления холодной воды, подаваемой в указанный водо-воздушный теплообменник первого блока, применена градирня, содержащая в одном варианте только орошаемую насадку, а во втором варианте - агрегат, аналогичный самому блоку кондиционирования воздуха. Сравнение по достигнутым показателям установок ИКПВ и ИРКВ с опытными КПО и РКВ (Т02), а также с хладоновым кондиционером свидетельствует о следующем: они по холодопроизводительности практически не уступают опытным, имея существенно меньшую массу при приемлемых габаритных размерах крышного блока и обладают возможностью дополнительной «мокрой» очистки его от мелкодисперсной пыли и газообразных примесей; базирование конструкции предложенных охладителей на отработанных в средствах нормализации микроклимата агрегатах дает возможность создавать при необходимости модификации ИКПВ и ИРКВ различной производительности; в климатических условиях России, не требующих осушения кондиционируемого воздуха, инновационные охладители сопоставимы по условию обеспечения в кабинах тракторов нормируемых параметров микроклимата с хладоновыми устройствами кондиционирования вохдуха, существенно превосходя их по показателю энергосбережения. Их внедрение в районах с сухим жарким климатом может составить альтернативу хладоновым кондиционерам, которые они существенно превосходят по показателям энергосбережения.
Известия МГТУ “МАМИ“. 2017;11(4):46-56
46-56
Определение геометрической формы воздушного коллектора для подвода тепловой энергии в систему отопления батарей электробуса
Аннотация
Эксплуатация электробусов в зимних климатических условиях России сопряжена с необходимостью поддержания положительных температур аккумуляторных ячеек тяговой батареи ввиду максимальной доступной энергии при температуре батареи плюс 20…25°C. При эксплуатации аккумуляторных ячеек, имеющих отрицательные температуры, происходит снижение энергии батарей на 20…25 %. Средняя температура в Центральной части России колеблется от минус 18°C до плюс 25°C. Для обеспечения работы батарей в вышеприведенных диапазонах температур применяется установка системы термостатирования. Данные системы в зависимости от условий эксплуатации выполняют как жидкостными, так и воздушными. При воздушном обогреве и охлаждении батареи в качестве источника тепла используют автономный воздушный отопитель: генератор нагретых воздушных газов, а для охлаждения - приточные и вытяжные вентиляторы. Нагретый воздух проходит по коллектору от автономного отопителя к входным вентиляционным отверстиям. Геометрическая форма коллектора влияет на величины расходов воздушных потоков, выдуваемых из четырех выходов. Неравномерность расходов является причиной ненадлежащего прогрева батареи, что в свою очередь приводит к разбалансировке заряда между отдельными батарейными блоками и снижению емкости батареи. Задачей исследования является определение геометрической формы воздушного коллектора, обеспечивающего равные расходы теплового воздуха через выходные отверстия. Решение данной задачи выполнялось итеративными расчетами воздушных потоков в различных геометрических формах коллектора в программном продукте ANSYS CFX. В статье представлены результаты расчета воздушных коллекторов, предназначенных для отопления и вентиляции силовых батарей электробуса. Определена оптимальная форма, обеспечивающая равный расход тепловой энергии через выходные отверстия.
Известия МГТУ “МАМИ“. 2017;11(4):57-62
57-62
Поглощение паров бензина в автомобильном адсорбере с угольным фильтром
Аннотация
Модифицирование компонентного состава бензина, связанное с использованием в современном топливе спиртов и эфиров (оксигенаты), а также повышенное содержание в горючем ароматических углеводородов могут оказывать влияние на динамическую активность угольного фильтра. Поэтому было изучено поглощение паров бензина активированным углем (угольным фильтром). Объектами исследования были пробы бензинов марок АИ-95, АИ-98, приобретенных в разное время на автозаправочных станциях России и Испании. Для проведения опытов использовали угольный фильтр (активированный уголь) адсорбера автомобиля CITROEN C4. Перед засыпкой сорбента в динамическую трубку его подвергали регенерации, заключающейся в нагревании угля до температур 250…3000С и принудительном покачивании через емкость с материалом воздуха. Опыты по поглощению паров бензинов проводили на установке, состоящей из ротаметра, склянки Дрекслера, стабилизатора давления и динамической трубки. Установлено, что два образца топлива, в отличие от других проб, обладают некоторыми особенностями, которые проявляются, в частности, в значениях температуры конца кипения, в величине октанового числа, в параметрах кислотности и остатка в колбе. Активированный уголь обладает более высокой адсорбционной и удерживающей способностью по отношению к компонентам указанных бензинов. Показано, что эта способность является отражением повышенного содержания в топливе органических соединений с большей молекулярной массой. К таким веществам можно отнести ароматические углеводороды и ряды соединений, содержащих полярные заместители, например, метил-трет-бутиловый эфир.
Известия МГТУ “МАМИ“. 2017;11(4):63-69
63-69
Эффективность применения безредукторной схемы для улучшения пусковых характеристик ГТД
Аннотация
Рассматривается эффективность мероприятий по улучшению пусковых характеристик ГТД. Для повышения надежности запуска ГТД предлагается применение так называемой безредукторной схемы ГТД, создаваемого для «более электрического самолета», в котором используется встроенный высокоскоростной стартер-генератор и электроприводные агрегаты для подачи топлива, масла и решения других вопросов жизнеобеспечения ГТД. С помощью нелинейной динамической математической модели запуска выполнена оценка влияния величины приведенного момента инерции ротора на пусковые характеристики ГТД. Изменение его в сторону уменьшения осуществлялось за счет замены редуктора с навесными агрегатами на один агрегат высокоскоростной стартер-генератор, установленный соосно с ротором. Определение величины приведенного момента инерции ротора, агрегатов, подшипников осуществлялось с помощью разработанных 3-DCAD-моделей. В математической модели запуска учитываются тепловое состояние маслосистемы, механические потери мощности на вращение агрегатов, подшипников, зубчатых передач. Установлена количественная зависимость пусковых характеристик от момента инерции ротора ГТД и других факторов. Для сравнения базового ВСУ и ВСУ безредукторной схемы выполнено моделирование запуска в самых напряженных условиях работы Р н = 101,3 кПа при низких отрицательных температурах t Н = -40ᵒС и в нормальных условиях Р Н = 101,3 кПа и t Н = +15°С, для «холодного» и «горячего» состояния двигателя перед запуском.Проанализированы тенденции изменения момента инерции роторов выполненных и вновь создаваемых ГТД. Показано, что безредукторная ВСУ по сравнению с базовой ВСУ за счет уменьшения момента инерции на 9,68 % и уменьшения объема прокачиваемого масла в маслосистеме имеет существенное улучшение пусковых характеристик в условиях наземного запуска ( Р Н = 101,3 кПа).
Известия МГТУ “МАМИ“. 2017;11(4):70-80
70-80
Сравнение тяговых показателей и долговечности гусеничных движителей сельскохозяйственных тракторов
Аннотация
Приведены результаты испытаний гусениц различных типов на тракторе ВТ-150 по оценке тяговых показателей, а также уплотняющего воздействия на почву. Установлено, что трактор ВТ-150 с РАГ в зоне номинальных тяговых усилий 36…45 кН для тракторов класса 3 развивает максимальную тяговую мощность 90,5 кВт при скорости движения 8,1 км/ч, тяговом усилии 40,2 кН и буксовании 5,1%, что находится на уровне соответствующих показателей трактора с МГ с ОМШ. Оценка параметров воздействия движителей с различными типами гусениц на почву проведена на Северокавказской опытной станции Краснодарского НИИ сельского хозяйства Россельхозакадемии РФ в крытом песчаном канале. В результате установлено, что РАГ обеспечивают работу трактора при влажности почвы до 0,7 НВ в весенний период и до 0,9 НВ - в летне-осенний. Анализ результатов испытаний трактора ВТ-150 с различными конструкциями гусениц показал, что применение РАГ на машине обеспечивает: равенство тяговых показателей, в том числе КПД, машины на РАГ и на МГ с ОМШ в зоне номинальных тяговых усилий для тракторов класса 3; возможность выхода машины в поле в условиях повышенной влажности; возможность движения машины по дорогам с твердым и усовершенствованным покрытиями без их разрушения в сравнении с МГ с ОМШ. Показано, что гусеницы с РМШ имеют преимущества по долговечности по сравнению с МГ с ОМШ как на тракторах, так и на комбайнах.
Известия МГТУ “МАМИ“. 2017;11(4):81-88
81-88
Новый стандарт по административному аспекту регистрации внесения изменений в конструкцию транспортного средства
Аннотация
Евразийская интеграция в экономике позволяет установить единые принципы и обязательные требования безопасности в стандартизации, метрологии, аккредитации, оценке соответствия, надзоре (контроле), а также устранить технические барьеры в торговле. Система технического регулирования в области автомобилестроения строится согласно международным гармонизированным требованиям с учетом обеспечения безопасности дорожного движения. При этом главным инструментом реализации технического регламента Таможенного союза «О безопасности колесных транспортных средств» (ТР ТС 018/2011) является разработка межгосударственных стандартов. В статье приведена программа межгосударственной стандартизации для находящихся в эксплуатации транспортных средств, которую проводит Межгосударственный технический комитет по стандартизации «Безопасность дорожного движения» (МТК 278). Таким образом, впервые разработан стандарт по административному аспекту регистрации внесения изменений в конструкцию транспортных средств на стадии жизненного цикла эксплуатации, который начнет действовать с 1 февраля 2018 года. С помощью инфографики представлен наглядный алгоритм порядка регистрации внесения изменений в конструкцию на стадии эксплуатации в Российской Федерации. Независимая профессиональная многоэтапная проверка безопасности конструкции адаптирована к современным реалиям и позволяет поддержать техническую инициативу автовладельцев. Использование унифицированных форм и данной методологии является следующим шагом по совершенствованию нормативно-технической базы технического регулирования в области автомобилестроения. Применение официального документа будет способствовать индивидуализации и инженерному творчеству. Также анонсирован новый стандарт на методы контроля технического состояния на стадии эксплуатации. В статье приведены комментарии действующего законодательства, а выводы содержат перспективы дальнейших научных исследований. Также содержится информация о подготовке национальных нормативно-правовых актов, устанавливающих отношения в сфере эксплуатации автомобильного транспорта.
Известия МГТУ “МАМИ“. 2017;11(4):89-99
89-99