Том 12, № 2 (2018)

Топологическая оптимизация элементов конструкции автомобиля помогает снизить его массу при сохранении прочностных и жесткостных характеристик, следовательно, применение оптимизации в процессе проектирования является важной и актуальной задачей. В данной работе рассматривается топологическая оптимизации бампера автомобиля с позиций пассивной безопасности. Даны краткие теоретические сведение о методе оптимизации, основанном на применении метода гибридных ячеек и концепции тела переменной плотности. В статье представлены разработанные рациональные конечно-элементные модели бампера и ударника для проведения топологической оптимизации, описана схема нагружения, получены результаты с приемлемой точностью и минимальным временем решения при использовании решателя LS-DYNA и модуля LS-TaSC. Обоснован выбор типа и размера конечных элементов для решения задачи ударного взаимодействия бампера и ударника на примере трех моделей разной степени структурирования. Рассмотрены варианты начальных и граничных условий для проведения топологической оптимизации. Приводится обоснование выбора времени решения задачи ударного воздействия с точки зрения рационального использования машинного времени и точности получаемых результатов. Представлен вариант конструкции бампера и его конечно-элементной модели после доработки по итогам оптимизации, проведена проверка того, что доработанная модель удовлетворяет исходным требованиям. В результате масса доработанной конструкции бампера на 29% меньше исходной при сохранении параметров жёсткости и энергоемкости.

Главной целью работы является исследование технических возможностей создания на базе пневмомускулов линейного позиционера с приемлемыми по качеству позиционирования характеристиками. В работе выполнено экспериментальное исследование силовой характеристики пневмомускула серии MAS 10-300 фирмы «FESTO», на базе которого создан физический макет позиционера и исследованы его статические и динамические характеристики. Рассмотрена физическая сущность работы цилиндрической мембраны, на основе которой построен пневмомускул и разработана методика расчета параметров позиционирующей пружины. Показано, что если в нагрузке пневмомускула присутствует позиционная составляющая, то ее жесткость (зависимость усилия от перемещения) позволяет решить задачу позиционирования посредством управления давлением во внутренней полости пневмомускула. Если в нагрузке отсутствует позиционная составляющая или она слишком мала, то для решения задачи позиционирования, необходима установка позиционирующей пружины. Приведены методики определения параметров позиционирующей пружины для позиционеров, создаваемых на базе пневмомускулов серии MAS фирмы «FESTO». Установлено, что пневмомускул, используемый в качестве линейного пневмодвигателя, создает тянущее усилие, которое при нулевом сокращении пневмомускула в 12…14 раз превышает усилие, развиваемое на обратном ходе пневмоцилиндром равной рабочей площади поршня, при этом удельное усилие (усилие, отнесенное к массе пневмодвигателя) у пневмомускула в 100 раз больше. Это позволяет использовать пневмомускул в качестве нагружающего устройства тормозных, зажимных и натягивающих устройств транспортных систем и мобильных установок. Для использования позиционера в следящей системе управления положением его следует снабдить аналоговым датчиком обратной связи. Полученная экспериментальным путем статическая характеристика созданного физического макета позиционера имеет квазилинейный участок в диапазоне изменения давления управления 2,5…5 бар и хорошо согласуется с результатами расчета. Характер переходного процесса по входному воздействию позволяет рассматривать позиционер как апериодическое звено 1-го порядка с постоянной времени T = 2…5 с. В качестве примера исследована возможность использования позиционера при решении задач, связанных с необходимостью стабилизации грузовой платформы в горизонтальном положении, в случае смещения центра тяжести груза относительно вертикальной оси платформы. Результаты работы могут быть использованы и реализуемы при решении задач линейного и углового позиционирования нагрузки в гибких производственных системах, в исполнительных устройствах промышленных роботов и т.д.

Вопросы применения на мобильных энергетических и транспортно-технологических средствах сельскохозяйственного назначения электроприводов (ЭП) активно обсуждаются последние 10-15 лет в агроинженерном сообществе. Считается, что это очень актуальное и энергоэффективное мероприятие для дальнейшего совершенствования сельскохозяйственных машин. Актуальность и важность данной работы связана еще с тем, что также предлагается перевести на ЭП активные рабочие органы сельхозмашин. В данной работе рассматриваются различные аспекты, связанные с применением автоматизированных и роботизированных ЭП на сельскохозяйственной технике. Выявлены различные преимущества применения ЭП: экономические, экологические, технические, функциональные и т.д. Проанализированы конструктивные особенности отдельных имеющихся мобильных машин сельхозназначения на автоматизированном ЭП, рассмотрены различные компоновочные электрические схемы: применение системы «Дизель-Генератор», автономных источников энергии и гибридных энергоустановок. Приведена динамика развития технико-экономических показателей компонентной базы, применяемых в автоматизированных ЭП: электрических машин, преобразовательной техники, аккумуляторных батарей и др. Обоснованы концептуальные схемы создания базовых мобильных платформ на автоматизированном ЭП для которых характерными компоновками являются две схемы: применение системы «Дизель-Генератор» и системы «Автономных аккумуляторных батарей» с учетом функциональных и эксплуатационных требований к этим мобильным платформам. Выявлены основные аспекты проектирования, исследования и производства современных отечественных автоматизированных ЭП, в том числе и проблемные аспекты. В данной статье также рассматриваются перспективы применения конструктивно-технологически совершенствованных электрохимических источников энергии - топливных элементов - в качестве энергоустановки для ЭП. Выявлены основные стратегические направления создания и внедрения наукоемких компонентов для электро- и гибридноприводной мобильной техники.

В данной работе приводится методика анализа степени влияния отдельных элементов трубчатой несущей конструкции автомобиля багги на параметры её напряжённо-деформированного состояния. В качестве параметров напряжённо-деформированного состояния были выбраны угол закручивания рамы вокруг продольной оси симметрии, а также напряжения в передних верхних углах кокпита (подконструкция, в которой располагается гонщик) рамы. В основе рассматриваемой методики лежит регрессионный анализ, при помощи которого было получены уравнения для расчёта указанных выше величин. В силу объёмности данных и связанных с этим сложностями с последующим анализом, представленные уравнения предлагается использовать лишь для наиболее важных, с точки зрения расчётчика, элементов отдельных подконструкций рамы. Определение таких элементов может зависеть от опыта расчётчика, его интуиции, а также быть основанной на накопленной ранее сторонней информации. В качестве объекта исследования выступает рама автомобиля повышенной проходимости «багги», используемом для передвижения по пересечённой местности, в частности, в лесном хозяйстве егерями. Расчёты проводились в среде компьютерного моделирования SolidWorks с использованием метода конечных элементов.

Данная статья посвящена решению актуальной задачи - разработке имитационной математической модели для исследования плавности хода гусеничной машины со связанной системой подрессоривания. Публикация представляет собой анализ достоинств и недостатков существующих математических моделей, позволяющих оценить целесообразность тех или иных конструктивных решений на этапе проектирования. С целью учета связей в системе подрессоривания и оценки возможности использования полученной математической модели для исследования плавности хода транспортных машин со связанной системой подрессоривания, авторами статьи доработана математическая модель прямолинейного движения, созданная коллективом МГТУ им. Н.Э. Баумана. Моделирование проводилось в программном комплексе MATLAB Simulink. Результаты работы имитационной математической модели связанной системы подрессоривания демонстрируются на примере решения прикладной задачи: сравнение плавности хода гусеничной машины со связанной и независимой системой подрессоривания. Показано, что наличие связей в системе подрессоривания, введенных для снижения нагрузок на элементы ходовой части, не оказывает влияния на плавность хода исследуемой гусеничной машины. Высота периодических неровностей, которые машина может преодолевать без «пробоев» подвески во всем скоростном диапазоне для обоих вариантов систем подрессоривания составляет 0,23 м. Это соответствует уровню современных быстроходных гусеничных машин. Таким образом, доработанная имитационная математическая модель позволяет исследовать плавность хода транспортных машин со связанной системой подрессоривания.

C развитием электронно-вычислительных машин (ЭВМ) возможность исследования работы различных устройств и механизмов вышла на качественно новый уровень. Быстродействие современных ЭВМ позволяет проводить исследования внутренней динамики работы различных узлов и агрегатов быстроходных гусеничных машин, в частности систем подрессоривания, учитывая при этом наиболее тонкие и сложные нюансы их работы. Настоящая статья посвящена исследованию внутренней динамики работы пневмогидравлической рессоры, оснащенной вложенным поршнем, позволяющим стабилизировать значение статического хода подвески в широком диапазоне температур. Во введении обозначены вопросы актуальности использования пневмогидравлических систем подрессоривания и перспективы их применения для повышения показателей плавности хода, необходимых для машин с высокой энерговооруженностью. Однако наряду с перспективностью, обусловленной известными преимуществами таких систем подрессоривания, имеются также и недостатки, в частности, нестабильность характеристик газа при изменении его температуры. Необходимость стабилизации статического хода привела к появлению различных вариантов конструкций пневмогидравлических рессор (ПГР), в частности ПГР с вложенным поршнем. Однако опыт применения машин с такой конфигурацией ПГР свидетельствует о нарушении стабильности статического хода. В статье проведено исследование работы ПГР при различных условиях нагружения и различных температурах и показаны условия возникновения явления самопроизвольного изменения хода катка. Показано, что обеспечить одновременную стабилизацию хода при высоких и низких температурах невозможно, и, кроме того, стабилизация статического хода при низких температурах приведет к ударному движению вложенного поршня, сопровождающемуся передачей высоких ускорений на подрессоренный корпус. В заключение статьи приведены рекомендации относительно выбора рационального положения статического хода штока на статической упругой характеристике ПГР.