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 | 3 | 4 | 5 |

Научное обоснование создания и разработка ходовых систем транспортных средств на пневмоколесных движителях сверхнизкого давления

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

УДК 629.113.001

КОТЛЯРЕНКО ВЛАДИМИР ИВАНОВИЧ

НАУЧНОЕ ОБОСНОВАНИЕ СОЗДАНИЯ И РАЗРАБОТКА ХОДОВЫХ СИСТЕМ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ НА ПНЕВМОКОЛЕСНЫХ ДВИЖИТЕЛЯХ СВЕРХНИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ

Специальность 05.05.03 – Колесные и гусеничные машины

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Нижний Новгород - 2009

Работа выполнена в Московском государственном техническом университете (МАМИ) на кафедре «Автомобили»

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Агейкин Я.С.

доктор технических наук, профессор Беляков В.В.

доктор технических наук, профессор Васильченков В.Ф.

Ведущая организация: ОАО « КамАЗ»

Защита диссертации состоится «___» _______ 2009 года в «14:00» часов на заседании диссертационного совета Д212.165.04 в Нижегородском государственном техническом университете по адресу: 603600, Нижний Новгород, ГСП-41, ул. Минина 24, Первый учебный корпус, ауд. 1307

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Нижегородского государственного технического университета

Автореферат разослан «___» _______ 2009 года

Отзыв на автореферат с подписью, заверенной печатью организации, просим направлять в адрес ученого секретаря диссертационного совета.

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор технических наук, профессор Л.Н. Орлов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Современное экономическое положение России тесно связано с развитием Севера и Северо-Востока, занимающих более 60% ее территории, где сосредоточены основные запасы природных ресурсов страны. Однако освоение этих районов затруднено из-за недостаточно развитой транспортной сети, сложности природно-климатических условий и чрезвычайной экологической уязвимости региона. Около 70% грузовых и пассажирских перевозок осуществляется автомобильным транспортом, при этом почти 60% – по грунтовым дорогам и автозимникам. В весенне-осенний период оттаявшие дороги и местность становятся непроходимыми для традиционных автомобилей. В результате 15 млн. человек становятся отрезанными от районных и областных центров. В это время широко применяются традиционные колесные и гусеничные транспортные средства (ТС) высокой проходимости, наносящие непоправимый ущерб почвенно-растительному покрову северных районов. Применение колесных машин, оснащенных специальными пневмоколесными движителями сверхнизкого давления, является эффективным средством повышения проходимости и экологии при осуществлении транспортных операций в труднодоступных районах.

Не случайно задача по созданию почвонеразрушающих транспортных систем входила в Федеральную инновационную программу «Техника Российского Севера», одобренную Постановлением Совета Министров и Правительства РФ от 13.12.1993 г. № 1280 и включена в Перечень критических технологий, имеющих важное социально-экономическое значение или значение для обороны страны и безопасности государства, утвержденный распоряжением Правительства РФ от 25 августа 2008 г. №1243.

Теория транспортных средств высокой проходимости, включая колесные машины и их движители, на сегодняшний день разработана достаточно хорошо как зарубежными, так и отечественными исследователями. Однако все исследования проводились, в основном, с шинами низкого и высокого давления (0,1 МПа и более), имеющих большое число слоев корда. Вопросы передвижения машин на тонкостенных пневмоколесных движителях с внутренним давлением воздуха 0,02-0,07 МПа освещены недостаточно и требуют уточнения ряда положений, в том числе в области взаимодействия колесного движителя с опорной поверхностью, определения основных рабочих характеристик движителей, основных направлений и методов создания ходовых систем ТС данного типа. Особенно это важно для сокращения времени разработки и рационального выбора технико-экономических и конструктивных параметров новых моделей ТС на стадии проектирования. Поэтому работа является актуальной.

Цель работы. Научное обоснование создания и разработка ходовых систем транспортных средств на пневмоколесных движителях сверхнизкого давления. Для достижения цели работы сформулированы и решены следующие задачи:

– разработать основные эксплуатационные требования, предъявляемые к ТС, предназначенных для работы в бездорожных районах Севера;

– разработать методы оценки проходимости и подвижности ТС с точки зрения эффективности, безопасности и экологии осуществления ими транспортного процесса;

– определить базовые параметры наиболее распространенных шин сверхнизкого давления и найти зависимости для их определения;

– разработать математическую модель исследования динамики ТС на шинах сверхнизкого давления при движении по неровностям;

– определить статистические характеристики микропрофиля ряда характерных дорог НИЦИАМТ, позволяющие проводить аналитические исследования динамических процессов транспортных средств с проверкой их адекватности в реальных дорожных условиях с высокой степенью достоверности;

– разработать основные направления и методы разработки ходовых систем и рекомендаций по основным режимам движения ТС на пневмоколесных движителях сверхнизкого давления, включая обоснование и выбор рациональных параметров колесного движителя и способа поворота, обеспечивающих требуемые эксплуатационные качества;

– провести расчетно-экспериментальные исследования по оценке плавности хода, управляемости и устойчивости ТС на пневмоколесных движителях сверхнизкого давления.

Научная новизна.

Разработана новая математическая модель для исследования динамики ТС на пневмоколесных движителях сверхнизкого давления при движении по неровностям, отличающаяся тем, что скорость движения машины не задается через центр масс, а формируется от движителя.

Предложен метод оценки проходимости ТС с учетом времени на восстановление проходимости при осуществлении непрерывного транспортного процесса.

Разработан метод расчета интегральной оценки подвижности ТС с учетом показателей экологии и безопасности. Особенностью метода является применение оценочного круга по принципу радара. Предложены коэффициенты весомости основных параметров ТС.

Определены базовые параметры наиболее распространенных шин сверхнизкого давления, найдены регрессионные зависимости для их расчета.

Разработаны методы расчета и выбора рациональных параметров пневмоколесного движителя и способа поворота ходовых систем ТС на пневмоколесных движителях сверхнизкого давления.

Научно обоснованы выбор типа ТС для работы в тяжелых дорожных условиях, технические решения по созданию ходовых систем и рекомендации по основным режимам движения ТС на пневмоколесных движителях сверхнизкого давления.

Объекты исследования. Колесные, гусеничные и торовые движители, ТС на пневмоколесных движителях сверхнизкого давления.

Методы исследований. Методы системного анализа, численные методы решения систем нелинейных уравнений и методы математического моделирования. Прикладные задачи решались в среде EXEL и MATLAB SIMULINK. Экспериментальные исследования проводились в дорожных условиях и на лабораторных стендах с использованием современных измерительных средств.

Квалификационная формула работы.

Диссертационная работа является самостоятельной завершенной научной работой, в которой на основании выполненных автором исследований изложены положения, которые можно квалифицировать как совокупность научно обоснованных технических решений, заключающихся в обосновании и разработке основных принципов создания ходовых систем транспортных средств на пневмоколесных движителях сверхнизкого давления, включая методы расчета и оценки проходимости и подвижности, методы расчета и выбора основных параметров ходовых систем, математическую модель движения колесных машин по неровностям.

Полученные результаты и рекомендации могут быть использованы при выборе рационального типа ТС для эксплуатации в заданных дорожных условиях, а также при выборе их основных параметров и технических решений на стадии проектирования.

Внедрение изложенных научно обоснованных технических решений вносит значительный вклад в решение народно-хозяйственных и социальных задач в условиях Севера и Северо-Востока страны, а также в повышение ее обороноспособности.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Из теоретических разработок – математическая модель движения ТС по неровностям, позволяющая исследовать плавность хода и нагруженность ходовых систем колесных машин на шинах сверхнизкого давления.

2.Из научно-методических разработок:

– метод оценки проходимости ТС при осуществлении им непрерывного транспортного процесса;

– метод интегральный оценки подвижности ТС.

– метод расчета и выбора рациональных параметров пневмоколесного движителя и способа поворота ходовых систем ТС на шинах сверхнизкого давления.

3. Из научно-технических разработок – обоснованные по результатам исследований практические рекомендации, направленные на повышение проходимости колесных машин и по выбору эксплуатационных режимов движения ТС на пневмоколесных движителях сверхнизкого давления, созданные по результатам исследований пневмоколесный движитель сверхнизкого давления, образцы машин на этих движителях, новые конструктивные решения и практические рекомендации.

Достоверность результатов. Адекватность математической модели движения ТС по неровностям подтверждена сравнением результатов расчета и натурного эксперимента на дорогах НИЦИАМТ. Проведенный на серийных машинах, опытных образцах и стендах комплекс экспериментальных исследований также подтвердил основные теоретические положения и разработки.

Практическая ценность. Представленные в работе методы расчета позволяют производить оценку и прогнозирование проходимости и подвижности ТС с учетом эффективности, безопасности и экологии выполняемого им транспортного процесса, намечать пути повышения указанных свойств, а также обоснованно выбирать тип ТС для конкретных условий эксплуатации.

Разработанные математическая модель и программа расчета динамики ТС позволяют исследовать плавность хода и нагруженность ходовых систем колесных машин, выбирать рациональные параметры подвески и движителя исходя из реальных процессов, происходящих в контакте движителя с опорной поверхностью.

Полученные статистические характеристики микропрофиля ряда характерных дорог НИЦИАМТ позволяют проверять адекватность существующих и вновь создаваемых математических моделей и программ расчета, проводить аналитические исследования динамических процессов движения колесных машин с возможностью проверки их в реальных дорожных условиях НИЦИАМТ с высокой степенью достоверности.

Полученные характеристики основных параметров шин сверхнизкого давления и регрессионные зависимости для их определения позволяют на этапе проектных работ обоснованно подбирать пневмоколесные движители ТС и рассчитывать технико-эксплуатационные параметры машин.

Разработаны основные направления и методы разработки ходовых систем ТС на пневмоколесных движителях сверхнизкого давления, даны рекомендации по применению систем подрессоривания, способу поворота. допускаемым нагрузкам и режимам движения ТС на шинах сверхнизкого давления при движении на различных опорных поверхностях.

Проведены исследования и дан сравнительный анализ проходимости ТС с различными типами движителя, в том числе с использованием средств повышения проходимости. Создан полноразмерный ходовой макет ТС на торовых движителях и на основе предварительных исследований получены первые данные по ряду его основных параметров. Показана перспективность этого нового направления в развитии движителей ТС.

Реализация работы. Результаты экспериментально-теоретических исследований по теме диссертации внедрены в НПФ «Трэкол», ДФ ГУ «НПО «СТиС» МВД РФ, ООО «ТрансМаш», ОАО «ГАЗ», ОАО «КамАЗ» и используются в учебном процессе на кафедрах «Колесные машины» МГТУ им. Н.Э. Баумана, «Автомобили и тракторы» НГТУ, «Автомобили и двигатели» МГИУ.

Апробация работы. Основные результаты и положения работы докладывалась на Всесоюзной научно-технической конференции «Технико-экономические вопросы создания и внедрения рациональных и экологически чистых транспортных средств для бездорожных районов Севера» (г. Москва, 1990 г.); на Всесоюзном научно-техническом семинаре «Создание экологически безопасных транспортных и транспортно-технологических средств» (г. Новосибирск, 1990 г.), на International Scientific Congress on Ecology and Transport (г. Гетеборг, Швеция, 1990 г.), на 23-й Международной научно-практической конференции ААИ «Полноприводный автомобиль – перспективы развития (г. Дмитров, 1998 г.); на 43-й Международной научно-технической конференции ААИ «Проблемы создания и эксплуатации автомобилей, специальных и технологических машин в условиях Сибири и Крайнего Севера» (г. Омск, 2003 г.); на 47-й Международной научно-технической конференция ААИ, России, Беларуси и Украины «Повышение конкурентоспособности автотранспортных средств» (г. Минск, 2004 г.); на Combined Conference on Heavy Vehicles «XXXVI. Meeting of Bus and Coach Experts and Congress on Commercial Vehicles» (Будапешт, Венгрия, 2005 г.); на 53-й Международной научно-технической конференции «Проблемы и перспективы автомобилестроения России» (г. Ижевск, 2006 г.); на 32nd International Scientific Congress on Powertrain and Transport Means «European Kones 2006» (г. Варшава, Польша, 2006 г.); на 4-ом Международном Автомобильном Научном Форуме (МАНФ) «Научные, конструкторские и технологические достижения отечественного автомобилестроения» (г. Москва, 2006 г); на Всероссийской научно-практической конференции «Российский автопром: теоретические и прикладные проблемы машиностроения» (г. Москва, 2007 г.); на 60-й Международной научно-практической конференция «Техническое регулирование в области автотранспортных средств» (г. Дмитров, 2007 г.); на 2-й, 3-й и 4-й Международных научно-практических конференциях «Торовые технологии» (г. Иркутск, 2005 г. и 2007 г.); на научно-технической конференции, посвященной 70-летию факультета «Специальное машиностроение» МГТУ им. Н.Э. Баумана (г. Москва, 2008 г.); на 62-й Международной научно-практической конференция ААИ «Перспективы развития отечественного автомобилестроения. Конструктивная безопасность автотранспортных средств» (г. Дмитров, 2008 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликованы 3 монографии, 29 научных работ, получено 5 патентов на изобретение, 4 патента на промышленный образец, 2 патента и 2 свидетельства на полезную модель.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов и приложений. Диссертация изложена на 351 страницах компьютерного текста, содержит 138 рисунков, список использованных источников – 287 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дано обоснование актуальности темы диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследования, определены новизна и практическая значимость подлежащих изучению вопросов, намечены методы их исследования, приведены структура и объем работы.

В первой главе проведен анализ конструкций и основных особенностей передвижения ТС с различными типами движителей, а также обзор основных существующих критериев оценки проходимости и подвижности ТС, сформулированы основные проблемы исследования.

В области исследований процессов передвижения транспортных средств высокой проходимости, а также процессов взаимодействия движителей с опорным основанием фундаментальными работами являются труды: Я.С. Агейкина, П.В. Аксенова, А.С. Антонова, Д.А.Антонова, В.Ф. Бабкова, Л.В. Барахтанова, И.Б. Барского, М.Г.Беккера, В.В. Белякова, И.Н. Бескина, Г.Б. Безбородовой, Б.Н. Белоусова, В.В. Белякова, А.К. Бируля, Н.Ф. Бочарова, Ю.А. Брянского, С.Г. Вольского, Дж.Вонга, В.Г. Зимелева, В.П. Горячкина, В.А. Грачева, А.А. Дмитриева, С.С. Дмитриченко, Н.А. Забавникова, В.В. Кацыгина, Л.А. Кемурджиана, М.К. Кристи, В.И. Кнороза, Н.Ф. Кошарного, И.П. Ксеневича, Г.О. Котиева, Г.М. Кутькова, В.С. Лихачева, А.С. Литвинова, В.Д. Львова, В.Н. Наумова, И.П. Петрова, В.А. Петрушова, А.А. Полунгяна, А.Ф. Полетаева, Ю.В. Пирковского, В.Ф. Платонова, Г.А. Смирнова, В.А. Скотникова, В.М. Семенова, В.А. Скотникова, А.П. Софияна, А.П. Степанова, Н.А. Ульянова, Б.С. Фалькевича, Я.Е. Фаробина, М.П. Чистова, Е.А. Чудакова, С.А. Шуклина, С.Б. Шухмана и ряда других ученых.

Одним из движителей, значительно повышающим проходимость ТС является гусеничный движитель. К достоинствам машин с этим типом движителя относятся низкие средние давления ТС на опорную поверхность, высокие тягово-сцепные качества и эффект перекрытия чередующихся неровностей полотна пути. В то же время у них большое сопротивлению движению, особенно при криволинейном движении, большая неравномерность распределения давлений на опорную поверхность по длине гусеницы, большая масса и сложность конструкции ходовой части, значительная неравномерность вращения гусеницы, вызывающая большие динамические нагрузки в движителе и трансмиссии, низкий ресурс движителя. Применение пневмогусениц является эффективным средством повышения проходимости, однако при этом сохраняются многие недостатки традиционных гусеничных машин.

а) б)

Рис. 1. НАМИ-0106 на однополостных пневмогусеничных движителях (а) и пневмотраковый движитель финской фирмы Keksintosaatio (б)

ТС с катково-гусеничным движителем, обладая высокими тягово-сцепными показателями на слабонесущих грунтах, имеют значительные массово-габаритные показатели и повышенное дополнительное сопротивление движению из-за внутренних потерь на трение корпуса относительно катков. Эти потери значительно больше, чем у колесных и гусеничных движителей.

Шагающие и колесно-шагающие машины применяются, в основном, для исследования поверхности планет. Шагающий режим позволяет повысить проходимость и тяговые возможности ТС на сильно пересеченной местности. Однако у них сложная конструкция, трудности с управлением и организацией движения машины.

а) б)

Рис. 2. Движитель «Аэрол» с подвижными пневмотраками (а) и колесно-шагающий вездеход Terra Star (б)

Роторно-винтовые машины являются узкоспециализированными транспортными средствами. Область рационального применения этих машин – переходные зоны от воды к суше, снежная целина и болотистая местность.

Торовые движители обладают высокими экологическими качествами, простотой конструкции и низкой материалоемкостью движителя. Однако у них низкая устойчивость оболочки и высокая склонность к автоколебаниям. Новизна и практическое отсутствие теоретических и экспериментальных исследований затрудняет создание ТС с этим типом движителя.



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |
 





 
© 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.