Том 12, № 1 (2018)

Целью работы является уменьшение неподрессоренной массы, момента инерции колеса гоночного автомобиля при сохранении необходимой прочности за счет применения композиционных материалов в его конструкции. В настоящее время композитные материалы получили широкое распространение в качестве конструкционных материалов в узлах и агрегатах автомобиля. В частности, применение современных композитных материалов в элементах трансмиссии автомобиля, таких как приводные валы, полуоси или колеса, позволяет существенно улучшить характеристики колесной машины: снизить полную и неподрессоренную массу. Из современных композитных материалов можно выделить полимерные композитные материалы, имеющие в качестве армирующего элемента углеродные волокна, обладающие малой плотностью, и наилучшим образом сочетающие высокий уровень удельной прочности с технологичностью изготовления изделий. Объектом исследования является колесо гоночного автомобиля класса «Формула студент». Предметом исследования является применение композиционных материалов в конструкциях подобных колес, а также расчетная оценка прочности колеса при его изготовлении из композитных материалов. Регламент соревнований допускает большую свободу в выборе конструкции колеса. Расчетная оценка прочности проведена методом конечных элементов, для этого разработана оригинальная конечно-элементная модель колеса с учетом анизотропных свойств армированных материалов. Численное исследование прочности выбранной конструкции показало, что обод из композиционного материала обладает избыточным запасом прочности при расчетных нагрузках. Предложенное конструкторское решение позволяет уменьшить массу колеса на 33% (до 1,68 кг) по сравнению с целиковым колесом из магниевых сплавов (2,5 кг).

Приведено описание уникальной научной установки «Впрыск» для экспериментальных исследований динамики развития топливных факелов при различных условиях впрыскивания в камеру постоянного объема. Установка оборудована системами топливоподачи типа Common Rail с регулируемым давлением топлива, подачи сжатого воздуха из баллона, продувки камеры постоянного объема, управления стендом, регистрации управляющих импульсов, а также высокоскоростной видеосъемкой процессов внутри камеры. С помощью контроллера-синхронизатора задавались моменты начала и окончания электрического импульса управления электромагнитной форсункой, одновременной видеосъемки на цветную высокоскоростную видеокамеру Photron FASTCAM SA-X 2 и записи осциллограмм на цифровом осциллографе Tektronix TDS -2014 С . Продолжительность электрического импульса управления форсункой задавалась от 0,5 мс до 3,0 мс. Давление в топливной рампе задавалось от 100 МПа до 165 МПа. Фактические моменты начала и окончания впрыска топлива определялись по результатам видеосъемки и отсчитывались от ее начала. Задержки начала и окончания впрыска определялись по сопоставлению результатов видеосъемки с регистрацией электрических импульсов управления форсункой на осциллографе. Динамика изменения длины и угла конуса топливных факелов определялись измерением контуров видимых частей факелов на фоторегистрациях. Задержки начала и окончания впрыска топлива практически на всех исследованных режимах составили 0,3 мс и 1,0 мс соответственно. В результате продолжительность процесса впрыска топлива как правило на 0,7 мс превышала продолжительность управляющего импульса. В начале впрыска в течение 0,5 мс скорость движения вершин топливных факелов составляла 35…50 м/с в зависимости от давления, затем она снижалась до 31…38 м/с. Установлено, что при увеличении давления в топливной рампе от 100 МПа до 165 МПа углы конусов топливных факелов уменьшаются от 20º…22º до 17,5º…18,5º, то есть в среднем на 15 %.

Рассматривается применение емкостных накопителей энергии (НЭ) в системах электростартерного пуска (СЭП) для автомобильных ДВС, когда вместо штатной аккумуляторной батареи (АБ) применяется АБ меньшей емкости, а в оставшейся части объема АБ размещается НЭ. В этом случае при высоких удельных показателях НЭ может быть повышена надежность пуска при том же суммарном объеме и массе СЭП в условиях низких температур. В статье представлена методика определения параметров параллельно включенных АБ и НЭ для СЭП, в случае, когда заданы тип ДВС и его основные параметры, а также тип стартерного электродвигателя (СЭ) и его характеристики. Проведенные теоретические исследования позволили получить зависимость требуемой механической энергии для пуска ДВС от величины емкости НЭ в результате чего определяется требуемая емкость НЭ и его внутреннее сопротивление, начальная энергия НЭ, а также необходимые объем и масса НЭ. Объем и масса АБ могут быть определены из справочной литературы или по известным методикам по удельным энергиям АБ по объему и массе. Если соотношение суммарного объема АБ и НЭ к объему АБ меньше единицы, то при данной пусковой частоте вращения применение НЭ целесообразно, вследствие уменьшения суммарного объема СЭП. Производятся аналогичные расчеты при других значениях средней пусковой частоты вращения. Оптимальными будут такие параметры АБ и НЭ, при которых суммарный объем будет минимальным. Были проведены расчеты параметров СЭП с НЭ и АБ для автомобильного двигателя ВАЗ с моторным маслом М6з/10Г1 при температуре -20°С со стартером 35.3708 и передаточным числом редуктора привода 11,62. Результаты расчетов показывают, что при удельной энергии НЭ 1 Джсм 3 при всех пусковых частотах вращения применение НЭ не позволяет уменьшить суммарный объем НЭ и АБ по сравнению с объемом АБ, требуемой для прокручивания вала ДВС с данной пусковой частотой.

Основной вклад в акустическое загрязнение селитебных территорий вносят наземные транспортные средства, в том числе и автомобили. Большинство научных публикаций посвящено исследованиям слышимого звука, его источников в автомобиле и разработке мероприятий по его снижению. По мнению авторов, в настоящее время недооценивается проблема возникновения и распространения инфразвука на жилых территориях, а соответственно, его негативное воздействие на человека и окружающую среду. Отсюда разработка расчетно-экспериментальных методов изучения механизма возникновения инфразвука от автомобиля является весьма актуальной проблемой. Значительная доля акустического излучения от автомобиля приходится на инфразвуковую и низкочастотную область частот. В зависимости от конструкции автомобиля, возникновение внутреннего инфразвука может быть обусловлено колебаниями двигателя как твердого тела на своей подвеске, изгибными и крутильными колебаниями кузова, воздействием набегающего потока воздуха. Были проведены измерения внутреннего и внешнего инфразвука. Предложена расчетная модель и проведена оценка влияния конструктивных особенностей автомобиля на уровень инфразвука. Расчетные исследования механизма возникновения внешнего инфразвука транспортного средства показали, что его частота и уровень зависят от скорости движения, коэффициента лобового сопротивления, длины и числа Струхаля. Существенным источником инфразвука в автомобиле также являются колеса, которые совершают вращательные и поступательные движения в набегающем потоке воздуха. Проведен расчет пяти колесных гармоник для легкового автомобиля при различных скоростях движения, выявлены существующие зависимости. Результаты расчета показали, что превышение нормативных значений инфразвука возможно только на селитебных территориях, прилегающих к транспортному потоку со скоростями движения свыше 80 км/ч. Таким образом, использование при конструировании автотранспортных средств выявленных зависимостей и рациональная организация дорожного движения позволит уменьшить уровни инфразвука и снизить негативное воздействие данного фактора на организм человека и окружающую среду.

В статье представлены теоретические и экспериментальные исследования преодоления многоосными машинами разрушаемых барьерных препятствий. Обзор показал, что существующий расчетный аппарат базируется на допущении о недеформируемости барьерных препятствий, т.е. стенки препятствия имеют достаточную прочность. На местности такое встречается редко. Одним из наиболее сложных случаев движения по бездорожью является преодоление многоосной колесной машиной разрушаемого рва, так как стенки рва обрушаются по мере прохода колес машины, что ведет к его уширению. Были выделены недостатки существующего расчетного аппарата, и впоследствии он был уточнен и дополнен. Для верификации полученных результатов были проведены экспериментальные исследования. В качестве объекта исследований был выбран вездеход малого класса полной массой 700 кг. Испытания проводились на берегу реки Волга в окрестностях города Нижнего Новгорода. В качестве опорных оснований были выбраны песок (однородный грунт) и уплотненная грунтовая поверхность с наличием дернового слоя (неоднородный грунт). По вновь полученным зависимостям была определена теоретически возможная максимальная ширина преодолеваемого рва с учетом его разрушаемости. Также на выбранных опорных основаниях проведены исследования их физико-механических свойств, для этого использовались пенетрометр грунтовой ПГ-1 и исследовательский комплекс для ускоренных исследований свойств связных и несвязных грунтов «Полевая Лаборатория Литвинова ПЛЛ-9». В дальнейшем в работе были получены зависимости, характеризующие влияние различных конструкционных параметров транспортно-технологических машин на максимальную ширину преодолеваемого рва с учетом разрушаемости его стенок.

В связи с интенсивным развитием многоосной колесной техники в РФ возникает необходимость в улучшении таких ее эксплуатационных качеств как проходимость, что в свою очередь увеличивает среднюю скорость движения в сложных условиях. Повышению проходимости и сохранение подвижности в сложных дорожных условиях способствует интенсивное управление муфтами блокировки дифференциалов. Однако для многоосной колесной машины количество дифференциалов в трансмиссии делает задачу управления муфтами блокировки сложной для водителя. Современное развитие микропроцессорной техники позволяет создать автоматические системы управления трансмиссии, реализующие заданный закон включения и выключения муфт блокировки дифференциалов. В статье приведен метод определения закона управления муфтами блокировки дифференциалов для многоосной колесной машины, Исследование производится с помощью имитационной математической модели криволинейного движения автомобиля в программном пакете Matlab Simulink . Закон включения муфт блокировки основан на определении разности скоростей вращения выходных валов дифференциала и учитывает различные радиусы качения колес, а также возможность надежного включения кулачковой муфты блокировки. Определена последовательность включения муфт блокировки различных дифференциалов в трансмиссии. Закон выключения муфт блокировки дифференциалов основан на критерии сохранения поворачиваемости и управляемости колесной машины, заключающимся в допустимом увеличении радиуса поворота на 10% в случае блокированной трансмиссии относительно радиуса поворота при дифференциальной трансмиссии при тех же скоростях движения и углах поворота управляемых колес. Численное моделирование проводится для криволинейного движения по различным опорным поверхностям колесной машины 8×8, в трансмиссии которой имеется 7 диффернциалов. Установлено, что создание системы управления на основе предложенного закона управления дифференциалами колесной машины может быть реализовано без существенного усложнения конструкции существующих механических трансмиссий путем установки дополнительных датчиков скорости на выходные валы дифференциалов.