ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ КОЛЁСНОГО ТРАНСПОРТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО СРЕДСТВА С ПРИМЕНЕНИЕМ КАРТ ПОДВИЖНОСТИ



Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Обоснование: движение транспортно-технологических средств (ТТС) повышенной и высокой проходимости, а также вездеходной техники, должно быть эффективным. В данной работе рассматривается метод исследования эффективности ТТС по критерию подвижности.

Цель: повышение эффективности колёсного ТТС с использованием метода построения карт подвижности.

Методы: используется методика определения эффективности по подвижности как показателя наиболее информативного и охватывающего наибольшее количество конфигурационных характеристик ТТС. На основании расчёта показателя эффективности по подвижности построены карты подвижности, отражающие прогнозируемую эффективность (скорость) движения ТТС в базовой и в модифицированной версиях. Объектом экспериментальных исследований выбран колёсный вездеход «Байкал М» модель ЗТМ 30081-11.

Результаты: в результате изменения конфигурационной характеристики по результатам теоретических расчётов и экспериментальных исследований подтверждена применимость методики и повышена эффективность ТТС Байкал.

Заключение: В результате исследования была подтверждена методика исследования эффективности, которая применима как на этапе проектирования, так и на этапе модернизации конфигурации ТТС. Изменяя расчётные характеристики можно определить рациональную конфигурацию ТТС, не затрачивая средства на производство опытных образцов.

Полный текст

Обоснование

Любое проектируемое транспортно-технологическое средство (ТТС) повышенной или высокой проходимости должно эффективно выполнять поставленную перед ним задачу. Существуют методики оценки эффективности, в которых учитываются, как правило, эксплуатационные свойства, например, у Бабкова В.Ф. [1] - фактические скорость и расход топлива, у Диксона В. [2] и Бронштейна Я.И. [3] фактическая средняя скорость движения по маршруту, у Гребенщикова В.И. [4] обобщённый эксплуатационный показатель зависит от времени движения и расхода топлива за пробег. Для проектируемого или модернизируемого ТТС целесообразно проводить оценку по подвижности. Подвижность – это интегральное эксплуатационное свойство транспортно-технологических машин (ТТМ), определяющее её способность выполнять поставленную задачу с оптимальной адаптивностью к условиям эксплуатации и техническому состоянию самой машины, то есть возможность машины противостоять внешним и внутренним факторам, препятствующим выполнению поставленной задачи. Концепция подвижности была описана профессором Беляковым В.В. в работах [5-7]. В общем виде показатель подвижности определяется следующим образом:

,

 

где,  – техническая оценка ТТС,  – эксплуатационная оценка территории,  –оценка режима движения.

Эффективность по подвижности означает, насколько быстро колесное ТТС сможет преодолеть рассматриваемый участок и рассчитывается как отношение значения технической оценки машины к значению показателя подвижности, методика описана в работах [8, 9]:

Пэ=λм/П,

где: Пэ – оценка эффективности по подвижности, λм – техническая оценка колёсного ТТС, П – показатель подвижности ТТС.

Для визуализации результатов строится карта подвижности – это разбитая на участки с примерно однородными условиями движения карта местности, на которую нанесены отметки, соответствующие уровню подвижности на каждом таком участке для отдельно взятой машины. На карте отображаются ландшафтные условия, включающие рельеф, и цветовые отметки, соответствующие прогнозируемой скорости движения ТТС на каждом небольшом участке независимо от направления движения. Изначальные идеи подобных карт описаны в работе Беккера [10], среди современных исследований можно выделить два основных подхода построения карт: 1 – распределение участков по модели NATO Reference Mobility Model (NRMM) [11] по методу «GO – SLOW GO – NO GO»; 2 – цветовое обозначение вертикальных препятствий по модели Digital Terrain Model of the Czech Republic of the 5th generation (DMR 5G) [12-14] непроходимых углов рельефа.

Цель

Целью исследования является проведение теоретических расчетов эффективности и экспериментальное подтверждение результатов для исходной конфигурации вездехода и модифицированной версии.

Методы

В качестве объекта исследований была выбрана колесное ТТС «Байкал» модель ЗТМ 30081-11 с колесной формулой 6х6 полной массой 5500 кг. Общий вид представлен на рисунке 1.

а)

б)

Рисунок 1. Общий вид колесного ТТС «Байкал» ЗТМ 30081-11: а) базовый, б) модифицированный

Figure 1: General view of the wheeled TTV «Baikal» ZTM 30081-11: a) basic, b) modified

Выбор данного транспортного средства в качестве объекта испытаний позволяет охватить широкий диапазон конструктивных параметров ТТС, влияющих на подвижность.

Объём и содержание исследований

  1. Определение параметров территории:
  • Определение геометрических особенностей территории;
  • Определение расположения объектов микрорельефа;
  • Определение расположения и размеров барьерных и дискретных препятствий.
  1. Определение показателей проходимости транспортно-технологического средства:
  • Определение возможности или невозможности проезда ТТС из-за геометрических особенностей микрорельефа;
  • Определение возможности или невозможности проезда ТТС из-за физико-механических свойств материала территории.
  1. Измерение максимальной безопасной скорости преодоления препятствий колёсным ТТС.

Испытания проводятся на грунтовых поверхностях с различным рельефом. Рассматриваемые типы препятствий: 1 – грунт с низкой несущей способностью, промоина (или овраг), холм, дискретные препятствия, водная преграда.

При проведении испытаний скорость измеряется при помощи Racelogic – VBOX.

Испытания проводятся днём. При резком изменении физико-механических свойств опорной поверхности проведение экспериментов не допускается.  Также не допускается какая-либо наработка объекта испытаний перед началом испытаний. Исследование проводится до тех пор, пока не будет установлена стабильно поддерживаемая скорость преодоления характерных препятствий или ТТС не потеряет подвижность. При этом водитель выбирает максимальную скорость исходя их условий безопасности.

Для проведения испытаний был выбран участок с наиболее разнообразным и подходящим под условия испытаний рельефом местности. На рисунке 2 показано место проведения испытаний.

 

Рисунок 2. Место проведения испытаний

Figure 2: Place of testing

После подготовки трасс были проведены заезды по препятствиям. На рисунке 3.а показаны фрагменты преодоления участка с плавным рельефом с грунтом с низкой несущей способностью, на рисунке 3.б –– проезд холма, 3.в – маневрирование и объезд дискретных препятствий, 3.г – преодоление водной преграды. При каждом заезде фиксировалась скорость движения. При этом скорость выбиралась водителем-испытателем максимально возможной при комфортном вождении.

 

а)

б)

в)

г)

Рисунок 3. Фрагменты испытаний: а) грунт с низкой несущей способностью, б) холм, в) маневрирование, г) водная преграда

Figure 3: Test fragments: a) soil with low bearing capacity, b) hill, c) maneuvering, d) water obstacle

Аналогичные испытания проводились для ТТС Байкал с алюминиевым корпусом.

Результаты

По результатам проездов строились таблицы, в которых отражались характеристики препятствий на местности, через которые проезжала машина.

Таблица 1. Результаты замера скорости проезда препятствий

Table 1: Traction and power range of tractors

Препятствие

Результаты измерений, скорость в км/ч

Заезд 1

Заезд 2

Заезд 3

Грунт

Устойчивый

70

65

69

Со слабой несущей способностью

35

42

43

Промоина

Плавные съезды, ширина больше ширины машины

42

35

37

Резкие съезды, ширина больше длины машины

30

28

29

Холм

Плавные углы въезда

62

50

54

Резкий подъем

5,8

6

6,2

Дискретное препятствие

Маневрирование

42,1

38,7

40

Водная преграда

Преодоление вброд

6

7

6,5

Движение на плаву

4

3,5

3,8

Таблица 2. Результаты замера скорости проезда препятствий

Table 2: Traction and power range of tractors

Препятствие

Расчетная скорость, км/ч

Фактическая скорость, км/ч

Отклонение, %

 
 

Грунт

Устойчивый

68

62

8,8

 

Со слабой несущей способностью

45

40

11,2

 

Промоина

Плавные съезды, ширина больше ширины машины

35

38

7,9

 

Резкие съезды, ширина больше длины машины

30

29

3,4

 

Холм

Плавные углы въезда

58

55

5,2

 

Резкий подъем

7

6

14,3

 

Дискретное препятствие

Маневрирование

44

40,3

8,6

 

Водная преграда

Преодоление вброд

7

6,5

7,2

 

Движение на плаву

4

3,8

5

 

Данные, приведенные в таблице 2, позволяют сделать вывод о том, что отклонение экспериментальных данных от теоретических для расчета прогнозируемой возможности и скорости проезда сложного рельефа местности составили 3-15%. Разброс данных обусловлен выбором скоростного режима водителем, выбиравшим наиболее безопасную скорость преодоления препятствия, по которому проезжал впервые. Также скорость преодоления препятствий с каждым новым проездом возрастала в связи дальнейшим ознакомлением с местностью.

По аналогии были проведены испытания модифицированного ТТС Байкал - материал корпуса был изменён на алюминий, что снизило полную массу на 1 тонну (меньше на 28,5%) без снижения грузоподъёмности. При рассмотрении той же выборки ТТС показатель подвижности (П) Байкала алюминиевого (БА) больше, чем у Байкала базовой конфигурации (ББ) на 4,7%, а эффективность по подвижности (Пэ) больше на 3%. Результаты испытаний представлены в таблице 3.

Таблица 3. Результаты замера скорости проезда препятствий модифицированным ТТС Байкал

Table 3: Results of measuring the speed of passing obstacles by the modified TTV Baikal

Препятствие

Расчетная скорость, км/ч

Фактическая скорость, км/ч

Отклонение, %

 
 

Грунт

Устойчивый

70

65

7,1

 

Со слабой несущей способностью

46

43

6,5

 

Промоина

Плавные съезды, ширина больше ширины машины

35,8

39

8,9

 

Резкие съезды, ширина больше длины машины

33

34

3

 

Холм

Плавные углы въезда

61

57

6,5

 

Резкий подъем

7,6

6,5

14,5

 

Дискретное препятствие

Маневрирование

44

42

4,5

 

Водная преграда

Преодоление вброд

7

6,5

7,1

 

Движение на плаву

4,3

4

7

 

По результатам заездов видно, что отклонение экспериментальных данных от теоретических составило так же 3-15%. На рисунке 4 представлен сводный график с результатами расчётных и фактических скоростей движения двух конфигураций ТТС Байкал.

 

Рисунок 4. Сравнение расчетной и фактической скоростей колесных ТТС Байкал различных конфигураций.

Figure 4: Comparison of calculated and actual speeds of wheeled TTV Baikal of various configurations.

Для визуализации результатов на рисунке 5 представлены карты подвижности для двух конфигураций ТТС Байкал.

а)

б)

Рисунок 5. Карта подвижности: а) ТТС Байкал базовой конфигурации, б) ТТС Байкал модифицированный

Figure 5: Mobility map: a) TTS Baikal basic configuration, b) TTS Baikal modified

                                                                                                               

Заключение

В исследовании были проанализированы подходы к определению эффективности проектируемого, модернизируемого или эксплуатирующегося колёсного транспортно-технологического средства. По предложенной методике, охватывающей широкий спектр конфигурационных характеристик произведён расчёт эффективности базовой конфигурации выбранного ТТС и модифицированной. Проведённый эксперимент показал правдоподобность теоретических расчётов. Сравнение теоретических расчетов и экспериментальных данных, что отклонение экспериментальных данных от теоретических составили 3-15%. При этом разброс обусловлен субъективными причинами, связанными с восприятием и принятием решения водителем. Представленные карты подвижности отражают уровень подвижности ТТС Байкал в хороших условиях: ясная погода, сухой грунт. В результате влияния различных погодных явлений уровень подвижности будет снижаться. По результатам работы по увеличению эффективности ТТС Байкал сделан вывод, что уменьшение полной массы ТТС «Байкал» на 1 тонну (28,5%) без снижения грузоподъёмности увеличило показатель подвижности на 4,7%, а эффективность по подвижности на 3%. Проведение эксперимента подтвердило увеличение скорости преодоления препятствий.

Дополнительная информация

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ.
Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с проведенным исследованием и публикацией настоящей статьи.

 

ВЛАД АВТОРОВ.
А.И. Марковнина — обзор литературы, сбор и анализ литературных источников, разработка математической модели, написание текста и редактирование статьи; В.С. Макаров — сбор и анализ литературных источников, графическая обработка результатов исследования; В.В. Беляков — курирование исследования, обзор литературы, обзор и анализ литературных источников; С.Е. Манянин – организация экспериментальных исследований. Все авторы подтверждают соответствие своего авторства международным критериям ICMJE (все авторы внесли существенный вклад в разработку концепции, проведение исследования и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией).
AUTHOR CONTRIBUTION.
A.I. Markovnina — literature review, collection and analysis of literary sources, development of a mathematical model, writing the text and editing the article; V.S. Makarov — collection and analysis of literary sources, graphical processing of research results; V.V. Belyakov — study supervision, literature review, review and analysis of literary sources; S.E. Manyanin — organization of experimental studies. All authors confirm that their authorship complies with the international ICMJE criteria (all authors made a significant contribution to the development of the concept, conduct of the study and preparation of the article, read and approved the final version before publication).
×

Об авторах

Алина Ивановна Марковнина

НГТУ, ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева»

Автор, ответственный за переписку.
Email: a.markovnina@nntu.ru
ORCID iD: 0009-0000-7971-0424
Россия

Владимир Сергеевич Макаров

Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева

Email: makvl2010@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-4423-5042
SPIN-код: 9834-6239

д-р техн. наук; профессор кафедры «Строительные и дорожные машины»

Россия, 603155, Нижний Новгород, ул. Минина, д. 24

Владимир Викторович Беляков

Email: belyakov@nntu.ru
ORCID iD: 0000-0003-0203-9403
SPIN-код: 3944-4416

Сергей Евгеньевич Манянин

Email: sergmanian@yandex.ru
ORCID iD: 0009-0003-0245-0638
SPIN-код: 3186-9362

Список литературы

  1. Бабков В.Ф., Бируля А.К., Сиденко В.М. Проходимость колесных машин по грунту. – М.: Автотрансиздат, 1959. – 189 с.
  2. Барахтанов Л.В., Беляков В.В., Кравец В.Н. Проходимость автомобиля. – Н. Новгород: НГТУ, 1996. – 200 с.
  3. Бронштейн Я.И., Бухарин Н.А., Буянов В.М. и др. Проходимость автомобиля. Л.: Воениздат, 1959. 310 с.
  4. Гребенщиков В.И. Исследование проходимости автомобиля по мягким грунтам // Автомобильная промышленность. – 1956. – №10. – С. 12-15.
  5. Беляков В.В., Беляев А.М., Бушуева М.Е., Вахидов У.Ш., Гончаров К.О., Зезюлин Д.В., Колотилин В.Е., Лелиовский К.Я., Макаров В.С., Папунин А.В., Тумасов А.В., Федоренко А.В. Концепция подвижности наземных транспортно-технологических машин / «Труды НГТУ»– Н.Новгород, 2013. №3(100) С. 145-175, Беляков В.В., Зезюлин Д.В., Колотилин В.Е., Макаров В.С. Подвижность наземных транспортно-технологических машин / «Труды НГТУ»– Н.Новгород, 2013. №4(101) С. 72-77
  6. Беляков В.В., Беляев А.М., Гончаров К.О., Зезюлин Д.В., Макаров В.С., Папунин А.В., Редкозубов А.В., Федоренко А.В. моделирование атласа карт подвижности наземных транспортно-технологических машин на примере нижегородской области// безопасность транспортных средств в эксплуатации/ Сборник материалов79-й международной научно-технической конференции. 344 с. С315-319
  7. Беляков, В.В. Оценка эффективности специальных транспортных средств при движении по снегу / Беляков В.В., Галкин Д.А., Зайцев А.С., Зезюлин Д.В., Кудряшов Е.М., Макаров В.С // Труды НГТУ им. Р.Е.Алексеева. – 2012. № 2 (95).– С. 156-166.
  8. Марковнина А.И. Оценка взаимодействия транспортного средства с полотном пути в концепции подвижности / А.И. Марковнина, В.В. Беляков, У.Ш. Вахидов, А.А. Аникин, Ю.И.Молев // Лесной вестник / Forestry Bulletin, 2025. Т. 29. № 1. С. 162–171. ISSN 2542-1468
  9. Марковнина А.И. Оценка эффективности использования колёсных транспортных средств / А.И. Марковнина, В.С. Макаров, А.А. Клюшкин, Д.М. Беляев // Journal of Advanced Research in Technical Science. – Seattle, USA: SRC MS, AmazonKDP. – 2023. – Issue 34. – 107 p. С.98-103.
  10. Беккер М.Г. Введение в теорию систем местность-машина: Пер. с англ. / Под ред. В.В. Гуськова. – М.: Машиностроение, 1973. – 520 с., Bekker M. Theory of land locomolion. – University of Michigan, Press – 1960 – 520p.p.
  11. Burt, Ian T. and Papanikolopoulos, Nikolaos P. “Adjustable diameter wheel assembly, and methods and vehicles using same.” United States Patent 6860346, filed 16 April 2003, published 1 March 2005.
  12. Filip Dohnal , Martin Hubacek and Katerina Simkova Detection of Microrelief Objects to Impede the Movement of Vehicles in Terrain. International Journal of Geo-Information, 2019
  13. RYBANSKY, Marian, BRENOVA, Marie, CERMAK, Jan, VAN GENDEREN, John, SIVERTUN, Ake. Vegetation structure determination using LIDAR data and the forest growth parameters. In: 8th IGRSM International Conference and Exhibition on Geospatial and Remote Sensing, IGRSM 2016. Kuala Lumpur, Malaysia: IOP PUBLISHING LTD, DIRAC HOUSE, TEMPLE BACK, BRISTOL BS1 6BE, ENGLAND, 2016. ISSN 1755-1307. doi: 10.1088/1755-1315/37/1/012031
  14. RYBANSKY, Marian, RADA, Josef, DOHNAL, Filip. The Impact of the Accuracy of Terrain Surface Data on the Navigation of Off-Road Vehicles. ISPRS INTERNATIONAL JOURNAL OF GEO-INFORMATION, 2021, 10(3), 106. ISSN 2220-9964. doi: 10.3390/ijgi10030106

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Эко-Вектор,

Ссылка на описание лицензии: https://eco-vector.com/for_authors.php#07
 СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: ПИ № ФС 77 - 81900 выдано 05.10.2021.