Том 13, № 1 (2019)
- Год: 2019
- Статей: 11
- URL: https://bakhtiniada.ru/2074-0530/issue/view/3702
Статьи
Методика расчета теплового и напряженно-деформированного состояния головки цилиндра транспортного дизеля жидкостного охлаждения
Аннотация
В двигателе внутреннего сгорания (ДВС) в головке цилиндров и поршне возникают напряжения от действия переменной газовой силы и от переменной температуры вследствие сгорания топлива в камере сгорания, при этом температурные напряжения намного превышают напряжения от силовой нагрузки. Поэтому на стадии проектирования новой конструкции ДВС проводят расчет на долговечность теплонапряженных деталей, так как они лимитируют надежность поршневого двигателя. В работе рассмотрена методика выбора исходных данных при расчете теплового и напряженно-деформированного состояния головки цилиндра дизеля с использованием метода конечных элементов и с помощью программного комплекса Solid Works. Описаны этапы создания и подготовки твердотельной модели головки цилиндра для создания конечно-элементной модели на примере дизеля 8ЧН12/13 (КамАЗ 740.75-440). Рассмотрены основные нагрузки, действующие на головку цилиндров в период сборки: усилия от запрессовки седел и втулок клапанов, а также от затяжки болтов крепления головки к блок-картеру. Форма элементов для конечно-элементной модели головки цилиндров выбиралась из условия уменьшения расчетного времени. Этому условию подходили форма конечного элемента в форме тетраэдра с четырьмя узловыми точками. Эти элементы позволяли уменьшить расчетную сетку в сечениях, например, концентрации напряжений. Показано, что высокочастотные колебания температуры, которые возникают вследствие протекания рабочего процесса поршневого двигателя, не оказывают влияния на термопрочность головки цилиндра, а влияние оказывают высокочастотные колебания температуры вследствие изменения режимов работы двигателя. Приведены изменения основных характеристик алюминиевого сплава, из которого изготовлена головка цилиндров, при изменении температуры и при циклических термомеханических нагружениях низкой частоты. Показано, что при повышении температуры снижается предел выносливости материала при нагружениях низкой частоты.
Известия МГТУ “МАМИ“. 2019;13(1):2-7
2-7
Технологические схемы для триботехнических испытаний узлов транспортного машиностроения
Аннотация
Испытания на натурных агрегатах на современном уровне развития транспортного машиностроения не всегда целесообразны вследствие их большой длительности, что недопустимо затягивает сроки использования новых смазочных материалов. Разработка и использование модельных установок, стендов и натурных агрегатов позволяют за максимально короткие сроки получить достаточно надежную оценку важнейших эксплуатационных свойств смазочных материалов. Цель исследования - провести обзор существующих современных технологических схем транспортного машиностроения на примере узлов рельсового транспорта, позволяющих исследовать процессы трения в условиях смазывания. В статье описаны пять основных схем возможных испытаний: четырехшариковая, схема Тимкен, схема Фалекс, схема Алмен-Виланд, схема SAE. Рассмотрены классические и модернизированные технологические схемы триботехнических испытаний узлов рельсового транспорта, используемые в нашей стране и зарубежом, соответствующие основным схемам испытаний. Рассмотрены устройство и принцип действия машины трения четырехшариковой ЧМТ-1, машины трения ИИ-5018, стенда для триботехнических исследований на базе настольно-сверлильного станка НС-12, испытательного стенда, моделирующего режимы работы системы колесо - рельс, разработанного Исследовательско-технологическим центром железных дорог Германии DBAG (FTZ) совместно с компаниями Renk (Аугсбург), и IABG (Оттобрунн). С целью усовершенствования существующих технологий предложен стенд для испытания колесно-рельсовой трибосистемы, позволяющий моделировать технологии лубрикации гребнесмазывающими системами на рельсовом транспорте. Технологической особенностью данного стенда является то, что модель гребня колеса совершает небольшие вертикальные и горизонтальные возвратные перемещения, что имитирует натурные перемещения гребня колеса при движении подвижного состава в условиях смазывания.
Известия МГТУ “МАМИ“. 2019;13(1):8-16
8-16
Исследование метода балансировки зарядной станции для литий-ионных аккумуляторов
Аннотация
В данной статье рассматривается проблема балансировки в процессе зарядки литий-ионных аккумуляторов конфигурации 4S и метод ее решения с помощью зарядной станции нового типа. В качестве рабочего образца использовался 4-ячейстый «умный» аккумуляторный блок. Показаны преимущества использования пассивного метода балансировки по сравнению с активным. Разработанный коллективом авторов макет системы управления аккумуляторной батареей BMS позволяет контролировать физические параметры на ячейках батареи и производить балансировку, увеличивая срок службы и безопасность работы аккумулятора. Система управления батареей BMS позволяет контролировать параметры заряжаемой ячейки или аккумуляторной батареи, защищая их от работы в опасной зоне, а также считывая второстепенные данные посредством встроенной системы управления и анализа на основе микроконтроллера ATmega328. Система управления может контролировать состояние батареи, которое представлено различными параметрами, такими как напряжение, температура, состояние заряда SOC, «состояние здоровья» SOH, ток. Могут быть исследованы аккумуляторные батареи с произвольным числом последовательно и параллельно-последовательно соединенных ячеек батареи. В ходе проведенных исследований были получены графические зависимости заряда ячеек аккумулятора без использования системы BMS и при использовании данной системы, которые позволяют провести анализ технических характеристик батареи и в дальнейшем выработать предложения по их безопасным режимам работы. Применение предложенной системы BMS для увеличения срока службы литий-ионных батарей возможно во многих сферах производства. В связи с большим распространением литий-ионных батарей от бытовой электроники до транспортных средств, данная разработка является актуальной в рамках современной технологии электрооборудования.
Известия МГТУ “МАМИ“. 2019;13(1):17-23
17-23
Сравнительный анализ допускаемых техническим регламентом соревнований вариантов усиления кокпита багги класса Д2
Аннотация
В статье приведен сравнительный анализ различных вариантов усиления кокпита типовой рамы багги класса Д2 для режима закручивания вокруг продольной оси. Критериями оценки вариантов выступают жесткостно-весовые показатели. Пространственная рама багги подвержена действию разнообразных нагрузок и их сочетаний. Воздействие внешних сил вызывает в несущей системе багги сложнонапряженное состояние, характеризующееся как одновременным, так и поочередным действием изгибных и закручивающих усилий. Все это может приводить к таким деформациям и перемещениям элементов рамы, что закрепленные на ней узлы и агрегаты могут испытывать различные сбои в работе, а то и полностью выходить из строя (закрепленная на раме рулевая рейка очень чувствительна к деформациям, дифференциалы в местах своего крепления к раме за счет ее деформаций могут повреждаться, как и крепления бензобака, и места водителя и т.д.). Таким образом, становится очевидна важность придания раме багги необходимой жесткости для сопротивления эксплуатационным нагрузкам. Кроме того, недостаток жесткости приводит к возникновению повышенных напряжений в раме при различных режимах нагружения. Не стоит забывать и о характеристиках управляемости, на которые прямое влияние оказывает геометрическая стабильность несущей системы. Все это доказывает важность обеспечения жесткости несущей системы багги. Помимо сравнительного анализа вариантов усиления кокпита также дан ряд практических рекомендаций для рассматриваемых вариантов. По результатам сравнительного анализа вариантов можно установить главенствующую роль усиления крыши кокпита как варианта, обеспечивающего не только наивысшую жесткость на кручение, но и наименьший вес. Все варианты согласуются с требованиями технического регламента соревнований (Приложение J, статья 253).
Известия МГТУ “МАМИ“. 2019;13(1):24-28
24-28
Исследование режимов работы емкостных накопителей энергии в системах пуска автомобильного двигателя
Аннотация
В статье приводятся данные по исследованию режимов работы емкостных накопителей энергии (НЭ) в системах пуска современного автомобильного двигателя. Представлены экспериментальные зависимости основных параметров систем электростартерного пуска (СЭП) с использованием НЭ. При сравнительном анализе альтернативных накопителей энергии было выявлено, что лучшими показателями по удельной мощности обладают НЭ, что достигается благодаря меньшему внутреннему сопротивлению. Накопленную энергию НЭ способны быстро отдавать и накапливать. Время разряда и заряда определяется потребителями электроэнергии и параметрами зарядной цепи НЭ. Проведены исследования НЭ в СЭП для автомобильных двигателей внутреннего сгорания (ДВС), когда вместо штатной аккумуляторной батареи (АБ) применяется АБ меньшей емкости, а в оставшейся части объема АБ размещается НЭ. При высоких удельных показателях НЭ может быть повышена надежность пуска при том же суммарном объеме и массе СЭП в условиях низких температур. Проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволили получить зависимости мгновенных и средних параметров СЭП от времени прокручивания двигателя, в результате чего определяются 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. На экспериментальных зависимостях было показано, что время прикручивания коленчатого вала, число рабочих ходов и угол поворота коленчатого вала до полной остановки Nрх зависят от емкости и напряжения заряда НЭ. Исследования проводились в лаборатории холодного пуска ФГУП «Научно-исследовательский и экспериментальный институт автомобильной электроники и электрооборудования» совместно с кафедрой «Электрооборудование и промышленная электроника» ФГБОУ ВО «Московский политехнический университет», где была проведена экспериментальная оценка возможности пуска автомобильных бензиновых двигателей при низких температурах СЭП с НЭ высокого напряжения (конденсаторы с напряжением 200-290 В) и низковольтных НЭ с напряжением 12-16 В.
Известия МГТУ “МАМИ“. 2019;13(1):29-35
29-35
Сельскохозяйственные тракторы на рынке России (по материалам Международной выставки «Агросалон 2018»)
Аннотация
Приведен обзор экспозиции сельскохозяйственных тракторов, представленных на международной выставке «Агросалон 2018», проходившей в Москве с 9 по 12 октября. Наряду с отечественными производителями и странами СНГ (Петербургский тракторный завод, Ростсельмаш, Брянский тракторный завод, Минский тракторный завод), свою продукцию экспонировали и рекламировали также ведущие мировые производители сельскохозяйственных тракторов: AGCO Corporation (США) (Fendt, Chalenger, Massey Ferguson, Valtra), Deere & Co (США), Case New Holland (CNH) (США), СLAAS (Германия). Рынок сельскохозяйственных тракторов РФ в количественном отношении сопоставим с рынками ведущих стран Евросоюза: Италии, Германии, Франции. Имеющиеся качественные отличия объясняются особенностями сельскохозяйственного производства, размерами сельскохозяйственных предприятий и их инфраструктурой, соотношением в парке колесных и гусеничных тракторов, платежеспособным спросом и другими факторами. В формировании рынка тракторов получают развитие следующие направления: смещение акцента в сторону тракторов высокой мощности с одновременным усилением позиций тракторов с ведущими колесами одинакового размера (4К4б), повышенное внимание к гусеничным тракторам, которые предлагаются в вариантах: традиционном двухгусеничном и нетрадиционном -четырехгусеничном, при котором ведущие колеса трактора 4К4б заменяются модулями треугольной формы, снабженными резиноармированными гусеницами (РАГ). Следующей особенностью отечественного рынка тракторов является наличие реальной конкуренции в сегментах: мощных тракторов 4К4б, универсальных тракторов средней мощности, а также гусеничных тракторов высокой мощности, что определяется разнообразием предложений и открытостью рынка сельскохозяйственного оборудования. Особенностью рынка является также его неоднородность по техническому уровню предлагаемых машин, что объясняется в первую очередь разной покупательной способностью потребителей. Изучение экспонатов выставки показывает, что тенденции развития конструкций тракторов, их агрегатов и систем, отмеченные нами при изучении выставок «Агросалон 2014» и «Агросалон 2016», сохраняют свою актуальность. Сохраняет актуальность также вопрос о массовом гусеничном тракторе для сельскохозяйственного производства РФ.
Известия МГТУ “МАМИ“. 2019;13(1):36-45
36-45
Выбор параметров трехпоточной параллельной электромеханической трансмиссии гусеничной машины
Аннотация
Одним из серьезных недостатков электромеханических трансмиссий, сдерживающий их широкое применение на гусеничных машинах, является большой вес электродвигателей и накопителей энергии. В статье приводится схема трехпоточной трансмиссии с минимальным количеством электромашин, необходимым для обеспечения бесступенчатого разгона и поворота и с обязательным применением двигателя внутреннего сгорания и электрического накопителя. Уменьшение числа электромашин достигается за счет использования одних и тех же машин в качестве тяговых электродвигателей и генераторов в зависимости от режима работы. При этом подразумевается, что при движении со скоростями ниже средней, электромашины должны работать в качестве генератора, выше средней - в качестве тягового электродвигателя. Трансмиссия позволяет движение без использования электрических машин, но с пониженными эксплуатационными качествами. В статье рассмотрены пять режимов работы трансмиссии, определены удельные тяговые и мощностные характеристики для этих режимов. Учтены особенности использования кратковременных и длительных характеристик электрических машин в двигательном режиме. Обосновано применение двигателя внутреннего сгорания не только в номинальном режиме, но и в режиме максимальной мощности. Приведена и обоснована методика выбора передаточных чисел трансмиссии, характеристик двигателя внутреннего сгорания и электрических машин. Выполнен расчет для гусеничного транспортера сверхлегкой массовой категории. Приведено описание режимов рекуперативного торможения доступных трансмиссий, а также описание режима зарядки накопителя при стоянке. Обозначены научные проблемы оценки эффективности трансмиссии, необходимости исследования поворота гусеничной машины, в которую она установлена, разработки алгоритмов верхнего уровня для ее управления.
Известия МГТУ “МАМИ“. 2019;13(1):46-52
46-52
Обоснование требований, предъявляемых к подвескам безэкипажных транспортных машин
Аннотация
В настоящее время получают распространение машины, в которых не предусмотрено наличие водителя или экипажа. Управляются они дистанционно или способны двигаться самостоятельно. Данные машины относятся к классу безэкипажных. Анализ этапов разработки ходовой части для традиционной экипажной машины показывает, что основные требования, предъявляемые к системам подрессоривания, заключаются в том, что вертикальные ускорения, действующие на водителя и экипаж, не должны превышать определенных значений. Однако для безэкипажных машин данные требования неприменимы ввиду отсутствия людей в корпусе транспортного средства. Учитывая, что безэкипажные машины должны передвигаться в тех же условиях, что и традиционные, в том числе по пересеченной местности, в некоторых случаях по трассам гармонического профиля, существует актуальная задача по разработке специальных требований, которые должны быть учтены при проектировании ходовых частей для безэкипажных машин как отдельного класса транспортной техники. В статье предлагаются к рассмотрению некоторые подходы к определению таких требований. В частности, при изменении нагрузки на элементы ходовой части предлагается исходить из условия, согласно которому в машине должна быть предусмотрена возможность для транспортирования полезной нагрузки, что, как правило, указывается в техническом задании. В соответствии с этим утверждением обоснована необходимость исследования наиболее нагруженных элементов подвески, в результате которого возможно спрогнозировать массовые характеристики проектируемой ходовой части. В данной работе обозначены ключевые проблемы и предложены некоторые пути их решения. На основании приведенного материала сделаны некоторые выводы, которые возможно использовать в дальнейшей работе при решении практических задач в данной области.
Известия МГТУ “МАМИ“. 2019;13(1):53-59
53-59
Разработка многокомпонентного смесевого био-углеводородного топлива для дизелей
Аннотация
Определены плотность, вязкость, цетановые числа смесей дизельного топлива (ДТ) с арахисовым маслом (АМ). Для приготовления смесей были использованы дизельное топливо летнего вида, нерафинированное арахисовое масло (ТУ 9141-001-0062499777-2016), керосин (КО-25 ТУ 38.401-58-10-01). Критериями применимости арахисового масла в качестве компонента горючего были значения плотности (r), вязкости (u), цетановые числа (ЦЧ) дизельного топлива. Установлено, что r, u, ЦЧ смесей с содержанием арахисового масла не более 20% идентичны параметрам r, u, ЦЧ дизельного топлива. Проведена оценка энергии активации вязкого течения (Еа) смесей и арахисового масла. Показано, что параметр Еа намного ниже энергии активации протекающего при нагревании АМ окислительного процесса. Сделан вывод, что на измерение вязкости (в интервале температур от 20 до 1000С) окислительные процессы не оказывают влияния. Цетановые числа объектов исследования были измерены индикатором ЦЧ ОКТАН-ИМ. Показано, что цетановые числа смесей, содержащих более 50% АМ, ниже минимального значения, необходимого для нормальной работы двигателя при его питании дизельным топливом. Изложен перечень недостатков смесевого дизельного топлива, а также представлен способ компенсации этих недостатков, заключающейся во введении в указанную смесь керосина. Показано, что многокомпонентная смесь, удовлетворяющая требованию, предъявляемому к значениям r, u, ЦЧ дизельного топлива, должна содержать 33% керосина, 29% ДТ и 38% арахисового масла. Отмечено, что для окончательного вывода о применимости указанной смеси требуется проведение натурных испытаний.
Известия МГТУ “МАМИ“. 2019;13(1):60-66
60-66
Повышение энергетической эффективности систем электрооборудования автотранспортных средств
Аннотация
В статье рассматриваются основные направления повышения эффективности систем электрооборудования (СЭ) и систем энергоснабжения (СЭС) автотранспортных средств (АТС) традиционной конструкции, использующих для движения двигатели внутреннего сгорания (ДВС), основные тенденции развития АТС. Приводятся технические решения, направленные на снижение расхода топлива. Проводится анализ используемой в настоящее время СЭС, отмечая ее основные недостатки. Показано, что увеличение максимального тока отдачи генераторной установки до 20 А приводит к увеличению расхода топлива двигателем на 10-15%. Расход топлива на привод генераторной установки на современных автомобилях с бензиновыми двигателями в городе достигает 20% от общего расхода топлива. Дана методика имитационного моделирования СЭС в эксплуатации и анализа концепции управления системой электроснабжения, направленной на снижение расхода топлива. Приведены основные пути увеличения эффективности СЭС, использующей разработанный регулятор напряжения, встроенный в щиток управления ЩУ-5. Преимуществом разработанного регулятора напряжения является существенное расширение диагностических функций. Это индикация повышенного напряжения сети, так как работа блока управления системы впрыска топлива уже при напряжении 17,5 В приводит к выходу его из строя, а стоимость этого блока составляет более 9000 руб., что существенно выше стоимости регулятора напряжения. Многофункциональный регулятор напряжения имеет функцию контроля роста нагрузки. Эта функция обеспечивает стабильную работу двигателя в режиме принудительного холостого хода и исключает ударные нагрузки на ремень привода генератора. В схему регулятора напряжения введена защита от короткого замыкания в цепи контрольной лампы. В многофункциональном регуляторе напряжения введена тепловая защита, увеличивающая надежность работы генераторной установки в тяжелых режимах эксплуатации при повышенной температуре окружающей среды.
Известия МГТУ “МАМИ“. 2019;13(1):67-76
67-76
Повышение управляемости автомобилей 4х4 с подключаемой передней осью путем перераспределения крутящих моментов
Аннотация
В настоящее время производители современных автомобилей постоянно повышают уровень контроля над параметрами движения колесных транспортных средств, добиваясь максимального уровня их устойчивости и управляемости. Все более актуальным и целесообразным является использование различных систем полного привода. Распределение тягового усилия на все колеса позволяет использовать весь вес автомобиля в качестве сцепного, что положительно сказывается на динамических качествах автомобиля, проходимости и позволяет реализовать алгоритмы управления, улучшающие управляемость и курсовую устойчивость автомобиля. В данной работе рассматривается трансмиссия с возможностью перераспределения крутящих моментов как между передней и задней осями, так и между колесами задней оси. Целью работы является обоснование методов управления криволинейным движением двухосных автомобилей с различными схемами трансмиссии, обеспечивающих повышение их управляемости. Рассмотрены алгоритмы управления для случаев сноса передней оси (недостаточная поворачиваемость) и заноса задней оси (избыточная поворачиваемость). Для решения задачи использован частотный метод, в котором колесное транспортное средство рассматривается в виде многомерной системы. В результате предложен метод повышения управляемости двухосных автомобилей 4х4 с подключаемой передней управляемой осью и перераспределением крутящего момента между колесами задней оси за счет перераспределения крутящих моментов. Методами имитационного моделирования движения двухосных автомобилей 4х4 с подключаемой передней осью и перераспределением крутящего момента между колесами задней оси доказана эффективность и работоспособность предложенного метода.
Известия МГТУ “МАМИ“. 2019;13(1):77-84
77-84