авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 |

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ГОРОДСКОГО МНОГОЦЕЛЕВОГО МАЛОГАБАРИТНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕМ КОНСТРУКТИВНОЙ СХЕМЫ И ОПТИМИЗАЦИЕЙ БАЗОВЫХ

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Костров Владимир Юрьевич

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ГОРОДСКОГО

МНОГОЦЕЛЕВОГО МАЛОГАБАРИТНОГО ТРАНСПОРТНОГО

СРЕДСТВА СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕМ КОНСТРУКТИВНОЙ СХЕМЫ И ОПТИМИЗАЦИЕЙ БАЗОВЫХ ПАРАМЕТРОВ

05.05.03 – Колесные и гусеничные машины


Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Челябинск - 2010

Работа выполнена на кафедрах автомобильной техники Челябинского высшего военного автомобильного командно-инженерного училища

Научный руководитель - кандидат технических наук, доцент

Келлер Андрей Владимирович.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Филькин Николай Михайлович;

кандидат технических наук, доцент

Соломатин Николай Сергеевич.

Ведущая организация - ООО «ПСА ВИС - АВТО» (г. Тольятти)

Защита состоится «24» ноября 2010 года, в 15:00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.298.09 при Южно-Уральском государственном университете по адресу: 454080, г. Челябинск, проспект им. В.И. Ленина, 76, ауд. 1001 главного корпуса.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ЮУрГУ.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью, просим направлять на имя ученого секретаря по адресу: 454080, г. Челябинск, проспект им. В.И. Ленина, 76, ЮУрГУ, Ученый Совет.

Тел.: 8 (351) 267-91-23

E-mail: d212.298.09@mail.ru

Автореферат разослан «23» октября 2010 г.

Ученый секретарь специализированного диссертационного совета Д 212.298.09 доктор технических наук, профессор Е.А. Лазарев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Вследствие постоянного развития городов происходит увеличение транспортных потоков. В результате возникло требующее разрешения противоречие между возможностью автомобиля обеспечивать свободу передвижения и проблематичностью реализации этой возможности в транспортной системе современного города.

Особенностями использования автомобилей в современных городских транспортных системах является сочетание высокой интенсивности движения на коротких участках при снижении средней скорости до 15-30 км/час с многочисленными парковками. При этом коэффициент использования мощности автомобильных двигателей составляет не более 0,3-0,5 при существенном ухудшении экономичности и повышении токсичности отработавших газов. Более 80% автомобилей имеют суточный пробег до 40-60 км, в 90% случаев в 4-5 местном автомобиле передвигаются 1-2 человека (в среднем 1,6). В результате эффективность как автомобиля, так и транспортной системы в целом резко снижается.

Таким образом, налицо несоответствие между современными требованиями к городскому автомобилю и традиционными схемами легковых автомобилей. Это указывает на необходимость разработки и апробирования нетрадиционной схемы городского многоцелевого малогабаритного транспортного средства (ГММТС) с оптимальными для городского движения базовыми параметрами, учитывающей его назначение и место в городской транспортной системе с сочетанием высокой интенсивности движения на коротких участках с многочисленными парковками и маневрированием на ограниченных площадках. Ограниченное количество теоретических работ в этой области свидетельствует об актуальности темы исследования.

Цель работы - обеспечение эффективности ГММТС за счет разработки рациональной нетрадиционной конструктивной схемы, определения оптимальных базовых параметров и схемы управления.

Цель достигается постановкой и решением следующих задач:

1. Обосновать концепцию нетрадиционной конструктивной схемы ГММТС, обеспечивающей высокую маневренность и управляемость, экономичное использование площадей для маневрирования и парковки.

2. Развить аналитическую модель стационарного поворота ГММТС разработанной конструктивной схемы, применимую для описания движения с малыми радиусами поворота при скоростях от 10 до 60 км/час, включая поворот на месте.

3. Установить закономерности изменения характеристик поворотливости ГММТС при маневрировании со скоростями от 10 до 60 км/час в функции базовых параметров и схем управления.

4. Установить области допустимого изменения базовых параметров и характеристик схем управления для обеспечения заданных требований и ограничений.

5. На основании полученных расчетных данных разработать и изготовить управляемую действующую масштабную модель ГММТС нетрадиционной конструктивной схемы с изменяемыми базовыми параметрами, обеспечивающую физическое подобие кинематики и динамики движения модели и автомобиля.

6. Оценить управляемость и маневренность обоснованной схемы.

Объект исследования – городское многоцелевое малогабаритное транспортное средство нетрадиционной конструктивной схемы.

Предмет исследования - эксплуатационные свойства ГММТС, обеспечивающие эффективное применение машины в городских условиях.

Методика исследования. Исследования проведены с использованием методов теории автомобилей, теоретической механики, математического и физического моделирования. Методика исследования предусматривала сочетание испытаний модели автомобиля с многофакторным численным экспериментом. Достоверность результатов обосновывается: подтверждением теоретических результатов экспериментальными; применением экспериментальных методов исследования, соответствующих государственным стандартам; сопоставлением результатов с данными других исследователей.

Научная новизна.

1. Обоснована концепция трехопорного ГММТС с бортовым поворотом, мотор-колесами и передней шаровой самоустанавливающейся опорой. Данная конструкция обеспечивает высокую маневренность и управляемость, экономичное использование площадей для маневрирования и парковки.

2. Разработана математическая модель криволинейного движения трехопорного транспортного средства с передней самоустанавливающейся опорой и бортовым поворотом, позволяющая на ранней стадии проектирования определить силовые и кинематические характеристики ГММТС с различными схемными и констуктивными решениями, а также обоснованно выбирать и оптимизировать основные параметры ГММТС и оценить схемные решения. Это сокращает затраты времени и средств на проведение НИОКР и ускоряет постановку на производство новой техники.

3. Установленa область допустимых параметров ГММТС для обеспечения высокой маневренности и устойчивости.

Практическая ценность и реализация результатов работы.

1. Повышение эффективности городского многоцелевого малогабаритного транспортного средства предлагаемой конструктивной схемы как объекта городской транспортной системы современного мегаполиса. Новизна технического решения, примененного в данной модели, подтверждена патентом на полезную модель.

2. Возможность исследования управляемости и маневренности городского многоцелевого малогабаритного транспортного средства на базе спроектированной и построенной модели ГММТС и регистрационного комплекса. Комплекс может быть использован для исследования управляемости и маневренности автомобилей с другими схемами управления.

3. Полученные практические результаты используются: при проведении НИОКР по разработке перспективных образцов техники в ООО «ПСА ВИС - АВТО», ЧВВАКИУ, а также используются в учебном процессе при выполнении курсовых и дипломных проектов и чтении отдельных разделов лекций по дисциплинам: «Автомобильная техника», «Конструкция и расчет автомобилей» в ЧВВАКИУ, ЮУрГУ.

Апробация работы. Основные положения диссертации были доложены и обсуждены на международных научно-технических конференциях «Экологические проблемы в транспортно-дорожном комплексе» (Москва, 2005), «Достижения науки – аграрно-промышленному производству» (Челябинск, 2006, 2007), «Приоритеты развития отечественного автотракторостроения и подготовки инженерных и научных кадров» (Москва, 2009), межрегиональной научно-технической конференции АВН «Повышение эффективности колесных и гусеничных машин многоцелевого назначения» (Челябинск, 2010), межвузовских научно-технических конференциях Южно-Уральского государственного университета (2005-2008), Челябинского государственного агроинженерного университета (2006, 2007), научно-технических конференциях Челябинского высшего военного автомобильного командно-инженерного училища (военного института) (2006-2010).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 18 работах, получен 1 патент на полезную модель.

Объем и содержание работы. Диссертация содержит 123 стр. текста, 75 рисунков и состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованной литературы, включающего 100 наименований и приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы, поставлена цель, сформулированы научная новизна и практическая ценность работы, дана её общая характеристика и изложено краткое содержание.

В первой главе приведен краткий обзор работ по теме диссертации, рассмотрено состояние вопроса по исследуемой теме и обоснованы задачи, решение которых позволить достичь цели работы - обеспечения эффективности городского многоцелевого малогабаритного транспортного средства.

В настоящее время наблюдается отчетливая тенденция использования растущей эффективности транспорта для расширения сферы передвижения.

Под эффективностью использования автомобиля понимаем выполнение транспортной работы в более короткий срок с наименьшим расходом мощности.

В современных транспортных системах крупных городов потенциальные возможности автомобилей не только не используется, но и не могут быть использованы в дальнейшем. В результате эффективность как автомобиля, так и транспортной системы в целом резко снижается и составляет не более =0,2-0,4. В то же время, эффективность других транспортных средств находится на уровне не ниже =0,75-0,8. Таким образом, налицо несоответствие между современными требованиями к городскому автомобилю и его техническими характеристиками.

Это ставит задачу разработки городского многоцелевого малогабаритного транспортного средства, учитывающей его назначение и место в городской транспортной системе с сочетанием высокой интенсивности движения на коротких участках с многочисленными парковками.

В заключение главы сформулированы цели и задачи исследования.

Во второй главе на основании анализа применения автомобиля в городских условиях выявлено, что определяющее влияние на повышение эффективности автомобиля в городской транспортной системе оказывает его важное комплексное эксплуатационное свойство - маневренность, являющаяся функцией конструктивной схемы, базовых параметров и схемы управления.

Детальному анализу для синтеза наиболее рациональных конструктивных решений были подвергнуты следующие шесть схем:

1. Традиционные трех или четырехколесные схемы мини-автомобилей (трициклы или квадрициклы), имеющие передние или задние ведущие колеса и управляемое переднее колесо или колеса.

2. Схема, имеющая два задних ведущих мотор - колеса, силовой (бортовой) поворот и передние шаровые опоры (концепткар фирмы Peugeot).

3. Четырехколесная схема, имеющая силовой (бортовой) поворот.

4. Схема, имеющая четыре ведущих мотор - колеса с независимым управлением (концепткары фирмы TOYOTA и консорциума СКАТ).

5. Схема, имеющая неповоротные колеса и ломающуюся раму.

6. Схема, имеющая два передних (задних) мотор - колеса, бортовой поворот и заднюю (переднюю) самоустанавливающуюся опору (колесо или шар).

Рисунок 1 - Схема поворота ГММТ при качении без бокового увода Рисунок 2 – Схема поворота ГММТС при качении с боковым уводом

На основании анализа маневренности и управляемости, сложности реализации конструктивных решений обоснована концепция трехопорного ГММТС с бортовым поворотом и передней самоустанавливающейся опорой, которая может быть выполнена в виде шара или колеса. Данная схема принята для расчетов.

Полагаем, что использование самоустанавливающейся опоры может дать некоторые преимущества по сравнению с управляемым колесом. Так как вектор скорости V шара опоры всегда лежит в средней плоскости качения шара, шар будет катиться без увода (рисунок 1). Сравнивалась данная конструкция с автомобилями, выполненными по схеме 1.

Макетирование с использованием габаритных манекенов показало, что комфортное размещение водителя и пассажира возможно при базе и колее 1,2…1,5 м. Для расчетов приняты эти значения.

Минимальный радиус поворота данной схемы равен (рисунки 1 и 2):

без увода, (1)

с уводом , (2)

где и - радиусы поворота без увода и с учетом увода автошин; - база ГММТС; и - скорость наружного и внутреннего мотор колес.



Рисунок 3 - Внешние воздействия на ГММТС при повороте Рисунок 4 - Схема к определению ускорений автомобиля при повороте

Для определения области допустимого изменения базовых параметров ГММТС разработана аналитическая модель поворота ГММТС. Внешние воздействия на ГММТС показаны на рисунке 3.

На основании схемы (рисунок 4) составляем систему уравнений кинематических связей:

(3)

 (4) Обозначения ясны из рисунков 3 и 4. -16 (4)

Обозначения ясны из рисунков 3 и 4.

Инерционные силы и моменты пропорциональны соответствующим ускорениям, а их векторы направлены противоположно векторам ускорений. Cилы инерции и , инерционный момент (рисунок 3), с учетом выражений (3), определяются по уравнениям:

(5)

(6)

(7)

где — коэффициент приведенной массы ГММТС; — радиус инерции ГММТС относительно оси .

Боковые реакции определяем из системы уравнений, составленной на основе принципа Даламбера и схемы ГММТС (рисунок 3):

 (8) Обозначения ясны из рисунка 3. Для-26 (8)

Обозначения ясны из рисунка 3.

Для компьютерного анализа составлена Simulink-модель в программе «Matlab& Simulink». В результате расчетов получены зависимости радиуса поворота машины от конструктивной схемы и базовых параметров (рисунки 5 и 6).

Из полученных графиков видно, что наименьший радиус поворота обеспечивает ГММТС с базой L=1,5 м и колеей B=1,2 м. По этим размерам в масштабе 1:5 изготовлена модель-копия ГММТС для проведения испытаний.

L=1.2 м, B=1.5 L=1.5 м, B=1.5 м
Рисунок 5 – Влияние базы на радиус поворота ГММТС с разными схемами управления1
L=1.5 м, B=1.2 L=1.5 м, B=1.7 м
Рисунок 6 – Влияние колеи на радиус поворота ГММТС с разными схемами управления

Сравнительный анализ графиков (рисунки 5 и 6) показывает, что у ГММТС с бортовым поворотом и передней самоустанавливающейся опорой радиус поворота меньше в 1,7 раза, чем у автомобилей с передними управляемыми колесами, и в 1,2 раза – по сравнению с автомобилями со всеми управляемыми колесами. Кроме этого, схема с бортовым поворотом создает наименьший момент сопротивления повороту (рисунок 7). Наиболее маневренной из сравниваемых конструкция является машина с размером базы 1,5 м, колеи – 1,2 м, бортовым поворотом и передней самоустанавливающейся опорой.

Рисунок 7 - Зависимость момента сопротивления повороту от радиуса поворота автомобиля

В третьей главе описан объект исследования - экспериментальная модель (рисунок 8), измерительный комплекс, методика проведения эксперимента, методы оценки погрешности измерений и анализа. Подробно рассмотрены измерительная аппаратура и специальное оборудование для управления моделью. Особое внимание уделено обоснованию основных параметров трансформируемой модели-копии ГММТС для экспериментальных исследований, при условии обеспечения физического подобия кинематики и динамики движения модели и ГММТС.

Рисунок 8 - Трансформируемая модель-копия ГММТС для экспериментальных исследований


Pages:   || 2 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.