Том 11, № 3 (2017)

Статья посвящена вопросам совершенствования схем трансмиссий и передачи электрической энергии комбинированных энергетических установок (КЭУ) автомобилей. Идеология КЭУ заключается в рациональном выборе режима работы ДВС - эффективном использовании вырабатываемой им энергии, однако наличие на автомобиле КЭУ можно использовать еще и для расширения его функциональных возможностей. Авторы развивают и обосновывают идею расширения области применения автомобилей с комбинированными энергетическими установками (КЭУ), обеспечения их универсальности и расширения возможных назначений и областей использования, обусловленных спецификой дорожных и климатических условий России. Возможности выполнения поставленной цели авторы видят в применении на автомобилях комбинированной энергетической установки расширенных функциональных возможностей. В приводе ведущих колес автомобиля, оборудованного такой установкой, имеются две обратимые электромашины, каждая из которых индивидуально кинематически связана с одним из колес ведущей оси. Концепцию автомобиля с КЭУ расширенных функциональных возможностей, на схему которой выдан патент на изобретение, авторы предложили еще в предыдущих публикациях. Материал представленной статьи содержит варианты развития конструктивных схем исполнения комбинированных энергетических установок расширенных функциональных возможностей, которыми могут быть оборудованы автомобили с различными вариантами привода ведущих колес. Авторами предлагаются схемы установок, составы узлов и систем при использовании автомобилей, оборудованных ими, в различных дорожных условиях. Описываются алгоритмы работы КЭУ расширенных функциональных возможностей в различных дорожных и климатических условиях. Предлагаются варианты конструктивного исполнения основных узлов и агрегатов, входящих в состав КЭУ расширенных функциональных возможностей. В заключительной части статьи отмечается положительное влияние рекомендуемых вариантов исполнения КЭУ расширенных функциональных возможностей на эксплуатационные характеристики автомобилей, оборудованных такими установками.

В последние годы наблюдается тенденция к увеличению спроса на микротурбины. Зона применения микротурбины очень широка. Это гибридные силовые установки для транспорта и специализированной техники, а также энергетические установки для обеспечения электричеством домов, поселков, предприятий. При разработке перспективных газотурбинных установок необходимо учитывать достаточно высокие требования к экономическим и эксплуатационным показателям. Для улучшения показателей микротурбин необходимо проводить оптимизационные и доводочные работы основных элементов. В частности для уменьшения эмиссии вредных веществ необходимо разрабатывать малотоксичные камеры сгорания. В данной работе приводятся результаты оптимизации и доводки малотоксичной камеры сгорания с применением численного моделирования внутрикамерных процессов. Описываются применяемые модели течения, горения, радиации, эмиссии NOx. Приведены основные параметры расчетной сетки, построенной на ¼ часть полноразмерной камеры сгорания. Сформулированы граничные условия необходимые для постановки математического моделирования течения и процессов горения. Представлены результаты сравнения исходной и оптимизированной геометрии камеры сгорания в виде картин распределения температур, скоростей, полного давления в завихрителе, распределения массовой фракции оксидов азота NOx. По результатам оптимизационных расчетов можно сделать вывод, что относительно небольшие изменения размеров, формы и количества отверстий вторичного воздуха, формы и размеров жаровой трубы, диаметра лопаточного завихрителя, а также формы и размеров жиклеров газовой форсунки оказывают существенное влияние на такие показатели рабочего процесса, как: форма, объем и расположение зоны горения; расположение и интенсивность зоны смешения, что как следствие сильно влияет на интегральные параметры камеры сгорания.

Клиноременные вариаторы с автоматическими нажимными механизмами получили преимущественное распространение в легких транспортных средствах, таких как мотороллеры, снегоходы, квадроциклы, мотовездеходы и другие. В связи с этим необходима разработка методики оценки эффективности работы вариатора для определения необходимых параметров и качества работы клиноременного вариатора легких транспортных средств. Указанные средства передвижения обладают небольшой массой (до 750 кг) и стоимостью и, как правило, снабжены двигателями небольшой мощности (до 75 кВт). Конструктивная простота и высокая технологичность изготовления немногочисленных деталей клиноременного вариатора, а следовательно, наименьшая их стоимость при достаточно высокой на сегодня степени надежности обеспечили вариатору максимальное значение показателя в виде отношения «надежность / стоимость». Это один из факторов, который позволил клиноременным вариаторам завоевать лидерство в трансмиссиях этих транспортных средств. Для оценки эффективности работы клиноременного вариатора транспортного средства необходима методика оценки мгновенных положений работы вариатора, которая поможет определить мгновенные значения необходимых параметров и дать заключение о качестве работы вариатора в данном состоянии и последующего переходного процесса, его скорости и эффективности. Методика основана на определении осевых сил, созданных нажимными механизмами, и возникающих от них радиальных сил, сил натяжения ветвей ремня с учетом окружной силы от передаваемого крутящего момента. Особенность данной методики состоит в определении точного положения (углов наклона и направления) указанных сил как в плоскости контура ремня, так и перпендикулярной ей. Разработанная методика позволяет оценить работу спроектированного клиноременного вариатора на всех возможных режимах двигателя. Кроме этого, методика показывает причины неэффективной работы вариатора, а также дает рекомендации по их устранению. Дальнейшая разработка данной методики позволит проектировать новые конструкции вариаторов с необходимыми свойствами.

Увеличение числа передач в автомобильных трансмиссиях является наиболее результативным способом снижения расхода топлива и повышения эффективности автомобильной техники, оснащенной двигателями внутреннего сгорания. Чем больше передач в коробке передач, тем сложнее используемые механизмы и больше их количество. Статья посвящена использующимся в настоящее время методам синтеза и конструирования автомобильных многоскоростных коробок передач, состоящих из планетарных механизмов. Ограничения по типу используемых планетарных механизмов и числу степеней свободы синтезируемых коробок привели к низкой эффективности использования математических и графоаналитических методов синтеза, разработанных в СССР. В настоящее время аналитический метод синтеза заключается в переборе возможных вариантов соединений звеньев планетарных механизмов и управляющих элементов. Этот метод предусматривает возможность использования только однорядных трехзвенных планетарных механизмов, которые поддаются корректному математическому описанию. Вторым основным способом конструирования планетарных коробок передач является модульный принцип синтеза, заключающийся в присоединении и комбинировании одних известных и отработанных конструкций с другими. В этом случае основными модулями являются однорядные планетарные механизмы с одновенцовым или парным сателлитами и планетарные редукторы, разработанные Симпсоном и Равинье. Большинство коробок передач, разработанных немецкими компаниями, получены с использованием именно этого подхода. В статье приводятся кинематические схемы коробок передач, использующихся в настоящее время в трансмиссиях современных автомобилей, которые получены в результате использования описываемых методов синтеза.

При разработке нового транспортного средства для определенных задач сравниваются их различные характеристики такие как мощность двигателя, масса, грузоподъемность и т.п., расчет которых достаточно достоверный. Давление шины на контактное пятно является одной из важнейших характеристик для определения показателя проходимости колесного транспортного средства по бездорожью, определение которого на прямую зависит от механических свойств шины, дорожного полотна и их взаимодействия. Давлением на грунт является давление, оказываемое на почву шинами или следами моторизированного транспортного средства, и является одним из показателей ее потенциальной мобильности, особенно на более мягком грунте. Данная статья посвящена изучению моделей шин и методов определения давления колесного движителя на почву. В статье содержится информация о взаимодействии шины с разными опорными поверхностями, а также о различных подходах к вопросу определения проходимости колесных транспортных средств. Моделирование реальной площади контакта или профиля контакта шины предоставляет определенные сложности. Большинство решений основаны на профиле контакта с использованием спирали или эквивалентного жесткого колеса, используя больший гипотетический радиус колеса. Одна из основных моделей расчета контактного давления шины на почву является MMP, разработанной D. Rowland для оценки максимального давления различных шин, предназначенных для бездорожья и гусениц на мягких почвах . Установлено, что несмотря на научные достижения в сфере проходимости транспортных средств, до сих пор присутствуют сложности по определению оптимальных параметров колесного движителя для достижения максимальных показателей подвижности и экологичности.

Явные преимущества резиноармированных гусениц над гусеницами других типов делают их незаменимыми для тяговых и транспортных машин различного назначения. Кроме всего прочего, такие гусеницы отличаются возможностью их установки на машину взамен металлических гусениц без существенной переделки конструкции ходовой системы. Тем не менее, вместе с заменой металлической гусеницы на резиноармированную на практике необходимо также заменить существующее ведущее колесо на специально разработанное под резиноармированную гусеницу. Это обусловлено принципиальными различиями конструкций гусениц и особенностями их работы. До недавнего времени единой инженерной методики проектирования зацепления ведущего колеса с резиноармированной гусеницей не существовало. В одной из предыдущих работ авторами разработана методика, учитывающая особенности резиноармированных гусениц. В настоящей статье приведена экспериментальная проверка этой методики на примере конкретной машины - самоходного гусеничного опрыскивателя сельскохозяйственного назначения. Спроектированные в соответствии с разработанной методикой опытные образцы ведущих колес в составе самоходного гусеничного опрыскивателя прошли комплекс заводских испытаний, включая статический и динамический этапы. На статическом этапе испытаний была произведена проверка входа и выхода зубьев ведущих колес из зацепления в процессе сборки узла привода ходовой системы. В процессе динамического этапа произведена проверка надежности работы зацепления на различных режимах движения и загрузки самоходного гусеничного опрыскивателя. Дополнительно было проведено исследование работы зацепления в динамике при вывешенном борте ходовой системы. Экспериментальные исследования подтвердили надежность работы образцов ведущих колес, достоверность и адекватность разработанной методики. Также в работе приведены рекомендации для дальнейшего исследования цевочного зацепления и доработки методики их проектирования, в том числе за счет создания специализированного стендового оборудования.