Том 88, № 6 (2021)

В статье изложена история разработки и создания первых отечественных нейтрализаторов отработавших газов двигателей внутреннего сгорания, которая началась с испытаний и исследований зарубежных нейтрализаторов. Рассмотрены последовательные этапы конструирования, исследования и испытания отечественных нейтрализаторов для бензиновых и дизельных двигателей. Изложен процесс разработки методик испытаний двигателей на токсичность, создания оценочных показателей и разработки нормативно-технической документации в области токсичности двигателей и автомобилей.

Работа посвящена разработке метода прогнозирования технического прогресса самоходных зерно- и кормоуборочных комбайнов и обоснованию систем для их реализации. Обоснована необходимость совершенствования существующих и разработки новых методов прогнозирования свойств машин с учетом сложившихся особенностей функционирования предприятий агропромышленного комплекса. Предложена новая методика синтеза технического облика изделий с возможностью выделения номенклатуры определяющих параметров на основе фактического изменения их значений, ранжирования показателей с выделением наиболее важных из них для каждой категории хозяйствующих субъектов, прогнозирования методами нечеткой логики, а также обоснования требуемых систем машин новых поколений с помощью методов объектно-ориентированного проектирования. Приведено описание каждого из этапов процесса прогнозирования. На основе серийно производимых в России зерно- и кормоуборочных комбайнов проведен анализ их конструктивной эволюции с выделением устойчивых и наследуемых критериев развития. Показан сравнительный анализ фактического изменения определяющих параметров для машин текущего и предыдущего поколений. Приведены методика и результаты прогнозирования выделенных определяющих параметров. Показано, что прогнозируемый уровень свойств формирует разнонаправленные требования, которые с точки зрения реализации на основе существующих подходов конструирования противоречивы, а с учетом имеющихся проблем динамики движения и вибрационной нагруженности рабочего места операторов машин текущего поколения – недостижимы. С помощью методов объектно-ориентированного анализа составлена объектно-целевая диаграмма классов возможных вариантов построения виброзащитной системы машин нового поколения. Определены отношения наследования, установившие иерархическую декомпозицию целей. На основе проведенного анализа показано, что управление выделенными вибрационными процессами комбайнов без существенных изменений их конструкции и компоновки целесообразнее вести посредством систем динамической стабилизации корпуса и виброизоляции рабочего места оператора.

Известно, что с ростом буксования колесного движителя возрастают как потери энергии, так и – до определенного предела – реализуемая тяговая сила. В связи с этим для снижения потерь энергии на движение машины необходимо ограничивать буксования колес на уровне, достаточном для создания требуемой тяги. Большинство существующих алгоритмов, направленных на реализацию указанного ограничения, требуют информации о линейной скорости транспортного средства. Однако измерение последней с заданной точностью вне лабораторных условий затруднительно, что в ряде случаев приводит к нарушению работоспособности алгоритма управления. Поэтому актуальным является разработка метода управления для противобуксовочной системы, в частности для случая разгона, согласно которому возможна оценка и ограничение буксования колес в заданных пределах при неизвестных характеристиках опорной поверхности и скорости движения машины.

Статья посвящена разработке метода оценки и ограничения буксования колесного движителя на уровне, достаточном для реализации потребных тяговых сил без использования данных о линейной скорости транспортного средства и сцепных свойствах опорной поверхности.

В статье приводится описание математической модели динамики прямолинейного движения «четверти» автомобиля по твердой ровной горизонтальной опорной поверхности. Посредством виртуальных экспериментов, имитирующих разгон «четверти» автомобиля с малым буксованием, была установлена взаимосвязь между силой тяги на оси колеса и кинематическими параметрами вращательного движения, которые являются измеряемыми и могут контролироваться в процессе движения транспортного средства, например, применением динамометрических колес. На основе полученного критерия был разработан регулятор, позволяющий ограничить буксование колес при разгоне транспортного средства. Эффективность разработанного регулятора доказывается математическим моделированием разгона «четверти» автомобиля с различной интенсивностью по двум типам опорных поверхностей, а также обосновывается аналитически при условии постоянства скольжения колеса в пределах интервала измерений.

В работе представлен подход к оценке и ограничению скольжения колес транспортного средства при разгоне с применением регулятора, основанного на «нечеткой» логике. Также приведено теоретическое обоснование предложенного метода, не требующего информации о линейной скорости транспортного средства и сцепных свойствах колеса с опорной поверхностью.

В ходе исследования был разработан алгоритм работы противобуксовочной системы, который позволяет ограничивать буксование колеса на заданном уровне с сохранением достаточного запаса по тяге, что приводит к снижению износа шин, снижению вероятности потери подвижности и повышению энергоэффективности транспортного средства.

Для повышения проходимости наземных безрельсовых транспортных средств для внедорожных контейнерных перевозок наземным способом целесообразно использовать гусеничные поезда. При движении гусеничных поездов необходимо обеспечить высокие показатели профильной проходимости при преодолении препятствий в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Свойство маневренности определяет способность гусеничных поездов сохранять подвижность при маневрировании в плане и зависит от принятых конструктивно-компоновочных решений и статической поворотливости. В статье исследуется маневренность гусеничных поездов для двух вариантов конструктивно-компоновочных решений: гусеничный одношарнирный седельный полуприцепной поезд и двухшарнирный гусеничный поезд. Движение каждого из гусеничных поездов сравнивается по критерию энергоэффективности с учетом двух способов поворота: кинематического и силового.

Определен вариант конструктивно-компоновочного исполнения гусеничного поезда, имеющий лучшую статическую поворотливость и меньший габаритный радиус поворота.

Для оценки энергоэффективности используется метод имитационного математического моделирования, учитывающий особенности взаимодействия движителя с опорным основанием. В статье приводится описание регуляторов, которые используются в математической модели и обеспечивают поворот гусеничных поездов с минимальным радиусом. Для сравнения энергоэффективности выполнения маневров рассмотрены несколько расчетных схем: с одним активным звеном или с двумя активными звеньями.

В результате определен способ поворота, который целесообразно использовать для обеспечения высокой поворотливости гусеничных поездов, и определено влияние длины опорных поверхностей гусениц активных звеньев на энергоэффективность. Кроме этого приведены результаты сравнения гусеничных поездов по критерию энергоэффективности.

В настоящее время в сельском хозяйстве актуальным направлением является наращивание объемов производства продукции. Для этого необходимо иметь мощные энергетические средства, работающие на высоких скоростных режимах. Однако при этом возникают повышенные колебания в трансмиссии трактора, которые передаются от почвы. Эти колебания негативно влияют на узлы и агрегаты мобильного энергетического средства, приводят к росту расхода топливо-смазочных материалов, ухудшению плавности хода, а также оказывают отрицательное воздействие на здоровье оператора транспортного средства. По этой причине необходимо совершенствовать конструкцию современных мобильных энергетических средств.

Анализ работ по этой тематике показал, что наиболее эффективным способом защиты от динамических нагрузок со стороны внешних воздействий является установка упругих элементов в конечном звене трансмиссии. В работе проанализированы различные конструкции упругодемпфирующих приводов (УДП). Была предложена конструкция УДП ведущих колес (патент на полезную модель РФ № 203460). Предлагаемый лопастной УДП жестко закреплен на диске колеса и имеет две полости. Полость прямого хода соединена с двумя газогидравлическими аккумуляторами, один из которых имеет регулируемый дроссель, а вторая полость, обратного хода, соединена с одним газогидравлическим аккумулятором. Обе полости демпфера заполнены магнитно-реологической жидкостью, вязкость который изменяется электромагнитными катушками, в зависимости от изменений колебаний момента на полуосях. Приводы были установлены на трактор МТЗ-80.1. Исследования проведены в составе транспортного и пахотного агрегатов. При работе с транспортным агрегатом по грунтовой дороге за счет УДП снижается буксование движителей и повышается скорость движения на 6–9 %. При работе трактора на пахоте, буксование движителей снижается на 10–16 %, а скорость движения повышается на 7–12 %. Это повышает производительность тракторного агрегата на 6–12 %.

В статье анализируются пригородные автобусные перевозки по конкретным маршрутам в Республике Саха (Якутия). Для экспериментального исследования был выбран маршрут 101 Якутск – Табага общей протяженностью 31 км. Приведено расписание движения автобусов МУП «Якутская пассажирская автотранспортная компания» (ЯПАК) на пригородном маршруте. Изучены основные технические данные автобуса ЛиАЗ-5256.57. В соответствии с международными правилами для автобусов определение количества топлива, расход и удельные выбросы нормированных токсичных компонентов осуществляется с использованием ездового цикла на работающих барабанах. Для расчета расхода топлива используется методика моделирования показателей работы двигателя, обеспечивающих изменение тягово-скоростных характеристик автомобиля в соответствии с используемым установленным ездовым циклом. Результаты расчетного расхода топлива для ездового цикла NEDC сравниваются с экспериментальными данными. В качестве сравнения расчетных и теоретических данных о расходе топлива с практическими данными рассматривается двигатель Cummins типа CG 250. Двигатель внутреннего сгорания установлен на автобусе ЛиАЗ-5256.57. Экспериментальные данные по расходу топлива этого автобуса на 100 километра пробега (км) показал 49 нм³, а теоретические расчеты расхода топлива автобуса на 100 км по предлагаемому способу показал 48 нм³.

Таким образом, для оценки тягово-скоростных характеристик автобуса может быть использован предложенный комбинированный метод, позволяющий получить расчет расхода топлива, более близкий к экспериментальным данным по ездовому циклу. По исходным данным автомобиля оцениваются эффективные показатели работы двигателя. Предложен расчетный метод моделирования испытаний и экспериментальный ездовой цикл автомобильного транспорта общей массой более пяти тонн.