Введение к работе
Актуальность работы. Современное машиностроение характеризуется установившейся тенденцией улучшения эксплуатационных свойств вновь проектируемых и модер-
/-Ч с» с»
низируемых машин. С одной стороны, это является следствием жесткой конкуренции на мировом товарном рынке, а с другой стороны, что наиболее важно, - пониманием в обществе проблемы конечности сырьевых ресурсов и необходимости разумного отношения к природе и окружающей среде.
Работа транспортно-технологических машин в некоторых отраслях экономики весьма специфична. Это связано с их эксплуатацией на временных дорогах или в условиях бездорожья. В лесной промышленности, например, эксплуатация транспортных и технологических систем происходит в основном на упрощенных временных дорогах, которые составляют около 40 % лесовозных дорог всех типов. В сельском хозяйстве удельный вес транспортных работ в годовой занятости колесных тракторов превышает 50% и большая часть их приходится на временные дороги, полевые условия и т.п. При неблагоприятных погодных условиях, особенно в зонах «рискованного земледелия», такие дороги становятся существенным препятствием при транспортировке продукции.
Появление новых, более энергонасыщенных многооперационных машин позволяет механизировать большинство работ в отраслях лесного, сельского хозяйства, нефтегазового и горнодобывающего комплексов и других направлениях экономики. Применение полноприводных транспортных и транспортно-технологических систем на основе активизации прицепного состава является одним из перспективных направлений в решении многих задач, возникающих при эксплуатации транспортных и технологических комплексов в условиях зимних дорог, грунтовых дорог в период распутицы и других специфических условиях.
Понятие «сочлененная транспортная система» (СТС) весьма широко и включает в себя целый спектр транспортных, технологических и транспортно-технологических машин, имеющих, как минимум, две секции, соединенные между собой шарниром с одной или более степенями свободы. Кроме того, некоторые СТС имеют специфическую конструкцию рулевого управления. Распределение силового потока от источника энергии между тяговой и прицепной (технологической) секциями СТС ведет к созданию отдельного класса машин - активных сочлененных транспортных систем (АСТС). Частный, но довольно широко распространенный случай АСТС, - автопоезда с активными прицепами (ААП).
Применение АСТС и ААП в отраслях сельского хозяйства, лесного, нефтегазового комплексов и других сырьевых отраслях экономики дает возможность создания широкого диапазона транспортных и технологических систем.
Таким образом, проблемы улучшения эксплуатационных свойств транспортных и технологических систем относятся к одним из основных в машиностроении, решение которых должно вестись по различным направлениям: увеличение производительности, повышение экономических и улучшение экологических показателей, повышение эксплуатационной надежности, усовершенствование и автоматизация систем управления транспортными системами и целый комплекс других работ теоретической и экспериментальной направленности.
В настоящее время большинство исследований АСТС носят частный характер и направлены на теоретическое и экспериментальное изучение динамических процессов, происходящих в них при характерных условиях эксплуатации. Вместе с тем исследуются уже разработанные экспериментальные образцы конструкций.
В этой связи возникает потребность обобщения теоретических и экспериментальных исследований и дальнейшего развития данного научного направления. Это позволит на ранней стадии проектирования, когда отсутствует опытный образец, обосновать выбор технического решения, провести поиск наиболее рациональной конструкции и, как следствие, существенно уменьшить временные и материальные затраты на проектирование, экспериментальные исследования и изготовление опытной партии машин. Дополнительный экономический эффект, как правило, более существенный в сравнении с эффектом за время разработки и постановки изделия на производство, получается от реализации в конструкциях машин оптимальных конструктивных и энергетических параметров и характеристик.
В настоящее время можно выделить две проблемы:
проблема сырьевых, добывающих отраслей экономики и оборонного комплекса: повышение эффективности транспортной и транспортно-технологических операций, в том числе машин двойного назначения.
проблема научная: прогнозирование показателей эффективности транспортных, транспортно-технологических машин и машин двойного назначения на этапе проектирования и сокращение сроков доводочных испытаний.
Таким образом, создание перспективных шасси на базе сочленённых транспортных систем позволяет решить проблему повышения эффективности транспортной и транспорт- но-технологических операций в сырьевых, добывающих отраслях экономики и оборонного комплекса.
В связи с этим, работы, связанные с созданием новых конструктивных композиций, совершенствованием их систем, с определением рационального соотношения силовых потоков, распределяемых между движителями секций АСТС, увеличением подвижности в настоящее время являются для экономики актуальными.
Цель работы — теоретическое и экспериментальное обоснование комплексных методов прогнозирования эксплуатационных свойств наземных транспортно-технологических машин для сырьевых, добывающих отраслей экономики и оборонного комплекса.
Для достижения намеченной цели в работе поставлены и решены следующие задачи:
обоснование и разработка основных принципов создания перспективных шасси на базе АСТС для сырьевых, добывающих отраслей экономики и оборонного комплекса;
обоснование модульного принципа формирования ансамбля машин на базе АСТС для добывающих отраслей экономики и оборонного комплекса;
создание комплексной математической модели криволинейного движения длинно- базной АСТС в статистически заданных условиях эксплуатации;
создание математической модели криволинейного движения гусеничной АСТС, имеющей узел сочленения с тремя степенями свободы;
разработка метода оценки рекуперативного нагружения в замкнутом контуре «движитель первой секции - силовая передача - движитель второй секции - опорная поверхность» АСТС;
разработка метода распределения силовых потоков между ведущими звеньями АСТС, основанного на стохастическом подходе к оценке проходимости транспортных систем;
создание комплексной математической модели движения корпусов АСТС при импульсном воздействии от технологического оборудования.
Научная новизна.
-
-
Впервые, на основании методов системного анализа, научно обоснована многокомплектная схема компоновки транспортно-технологических машин для сырьевых, добывающих отраслей экономики и оборонного комплекса.
-
Впервые предложен модульный принцип формирования шасси для добывающих отраслей национальной экономики.
-
Создана новая математическая модель, позволяющая прогнозировать эффективность и анализировать экспериментальные данные при исследовании движения колёсных длиннобазных и гусеничных АСТС в статистически заданных дорожных условиях, отличающаяся тем, что учитывает криволинейное движение и возможность применения многокомплектной компоновки машины.
-
Создан новый алгоритм распределения силового потока между секциями многокомплектной АСТС, отличающийся тем, что величина силового потока, подводимого к движителям, зависит от дорожных условий и кинематического рассогласования.
-
Впервые создана математическая модель и получена методика прогнозирования движения корпусов многокомплектной АСТС двойного назначения при импульсном внешнем воздействии от технологического оборудования.
-
Значительное сокращение объема доводочных испытаний разрабатываемых машин за счет использования имитационного моделирования.
Объект исследований. Активная сочленённая транспортная система.
Методы исследований. В основе исследований лежит методология системного анализа. В теоретических исследованиях решение поставленных задач базируется на основных положениях аналитической механики, математической статистики, численных методах решения дифференциальных уравнений, методах математического моделирования и оптимизации параметров, методах объектно-ориентированного программирования, теории случайных процессов, нечетких множеств, с использованием ЭВМ в среде ЕХЕЬ и PYTHON. Экспериментальные исследования проводились с применением теории математического планирования эксперимента, методов физического моделирования и теории подобия, с использованием ЭВМ, на серийно выпускаемых машинах в дорожных условиях и макетных образцах с использованием современных измерительных средств.
Квалификационная формула. Диссертационная работа является самостоятельной завершенной научной работой, в которой на основании выполненных автором исследований, изложены положения, которые можно квалифицировать как совокупность научно обоснованных технических решений, заключающихся в обосновании и разработке основных принципов создания сочленённых транспортных, транспортно-технологических машин и машин двойного назначения. Полученные результаты и рекомендации могут быть использованы при выборе рационального компоновочного решения перспективных шасси для эксплуатации в тяжёлых дорожных условиях, а также при определении основных параметров и технических решений на стадии их проектирования.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций основывается на теоретических и экспериментальных исследованиях динамики АСТС, имеющих гусеничный и колесный движитель, на проверенных в экспериментальных условиях методах объектно-ориентированного и имитационного моделирования, теории случайных процессов и нечеткой логики, правильным выбором методов измерений и составлением измерительных систем, правильным учетом погрешностей элементов измерительных схем, результатами сопоставления теоретических исследований с данными экспериментов в лабораторных и производственных условиях.
Основные положения, выносимые на защиту.
1. Теоретические разработки:
обоснование многокомплектной компоновки и модульного принципа формирования шасси транспортных и транспортно-технологических систем;
математические модели, позволяющие прогнозировать эффективность и анализировать экспериментальные данные при исследовании криволинейного движения колёсных длиннобазных и гусеничных АСТС в статистически заданных дорожных условиях;
математическая модель движения подрессоренных корпусов АСТС двойного назначения при импульсном внешнем воздействии.
Научно-методические разработки:
метод распределения силового потока между секциями многокомплектной АСТС;
метод прогнозирования движения корпусов многокомплектной АСТС двойного назначения при импульсном внешнем воздействии от технологического оборудования.
Научно-технические разработки:
обоснованные по результатам исследований практические рекомендации, направленные на повышение эффективности сочленённых транспортных и транспортно- технологических систем и машин двойного назначения.
Практическая ценность работы заключается в разработке:
алгоритмов и программного комплекса для исследования скоростных свойств и динамики АСТС при движении в статистически заданных условиях;
программного комплекса для исследования поведения АСТС во время движения по местности;
программного комплекса для исследования поведения АСТС при импульсном внешнем воздействии;
Реализация результатов работы проведена в СКБ «Трансмаш-спецтехника», ФГУП «Курганмаш» при проектировании подвесок сочлененных машин и ходовых частей самоходных артиллерийских установок, в ГОУ ВПО УрФУ и МГТУ им. Н.Э. Баумана при проведении учебного процесса, связанного с подготовкой инженеров по специальности «Многоцелевые гусеничные и колесные машины» специализации «Разработка военных гусеничных машин».
Апробация работы.
Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на 12 конференциях, в том числе на всероссийских конференциях МГТУ им. Н.Э.Баумана (Москва, 2004 - 2009 годы), всероссийских конференциях «Проблемы и достижения автотранспортного комплекса (Екатеринбург, 2001 - 2010 годы), всероссийских конференциях НГТУ (Нижний Новгород).
Публикации.
По материалам диссертационной работы опубликовано 2 монографии, 1 учебное пособие, 42 статьи в журналах, сборниках и научных изданиях, в том числе 11 рекомендованных ВАК для публикации результатов исследований докторских диссертаций, получено 4 патента на изобретения.
Структура и объём работы.
Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, библиографического списка из 165 наименований, приложений. Общий объём работы 320 страниц, из них основной текст изложен на 300 страницах, 116 рисунков, 14 таблиц.
Похожие диссертации на Разработка научных методов прогнозирования эксплуатационных свойств сочлененных наземных транспортно-технологических машин
-
