Научные методы совершенствования трансмиссии и рулевого управления при модернизации автомобилей многоцелевого назначения

/На правах рукописи МУРОГ ИГОРЬ АЛЕКСАНДРОВИЧ НАУЧНЫЕ МЕТОДЫ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТРАНСМИССИИ И РУЛЕВОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРИ МОДЕРНИЗАЦИИ АВТОМОБИЛЕЙ МНОГОЦЕЛЕВОГО НАЗНАЧЕНИЯ 05.05.03 – Колесные и гусеничные машины А В Т О Р Е Ф Е Р А Т диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Челябинск – 2013 Работа выполнена на кафедре «Колесные, гусеничные машины и автомобили» ФГБОУ ВПО «Южно-Уральский государственный университет» (национальный исследовательский университет) Научный консультант: Драгунов Геннадий Дмитриевич доктор технических наук, профессор [ФГБОУ ВПО ЮУрГУ (НИУ), профессор кафедры]. Официальные оппоненты: Рязанцев Виктор Иванович доктор технических наук, доцент (МГТУ им. Н.Э. Баумана, профессор кафедры); Тараторкин Игорь Александрович доктор технических наук, доцент (ФГБУН Институт машиноведения УрО РАН, заведующий отделом); Баженов Евгений Евгеньевич доктор технических наук, доцент (ФГБОУ УГЛТУ, директор Института автомобильного транспорта и технологических систем). Ведущая организация: Центральный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт «НАМИ». Защита состоится 3 июля 2013 года в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.298.09 при ФГБОУ ВПО «Южно-Уральский государственный университет» (национальный исследовательский университет) по адресу: 454080, г. Челябинск, пр. им. В.И. Ленина, 76, ауд. 1001. Тел/факс (351) 267 91 23 E-mail: D 212.298.09@mail.ru С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Южно-Уральского государственного университета. Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по указанному адресу на имя ученого секретаря диссертационного совета. Автореферат разослан «___» ____________ 2013 года. Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор Лазарев Е.А. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы В настоящее время в Российской Федерации эксплуатируется около 5,5 млн. единиц грузовых автомобилей. Основой парка полноприводных грузовых автомобилей являются автомобили многоцелевого назначения (АМН), которые составляют около 18 % от численности грузовых автомобилей в парке. В Вооруженных Силах (ВС) доля АМН составляет около 74 % численности автомобилей. Годовое производство АМН с 90-х годов XX века сократилось в 2,73 раза. Данный факт в сочетании со стабилизацией численности грузового автомобильного парка предопределяет соответствующее снижение темпа его обновления. В результате этого доля новых автомобилей (со сроками службы до 6 лет) недопустимо мала (7 % от общей численности парка АМН), а в парке полноприводной автомобильной техники (АТ) преобладают автомобили со сроками службы более 12 лет, что свидетельствует о существенном моральном износе парка (рисунок 1). Рисунок 1 – Состояние парка автомобилей многоцелевого назначения Таким образом, можно сделать вывод, что парк АМН нуждается в среднесрочной перспективе в значительном обновлении. При этом следует ожидать, что качественные потребности ВС и народного хозяйства в АМН и унифицированных с ними по базе специальных автомобилях на перспективу расширятся, а их значение в обеспечении развития экономики страны и укреплении ее обороноспособности будет возрастать. В связи с этим необходимо проведение единой обоснованной технической политики в области развития и использования парка АТ. При этом экономически целесообразным является обновление парка АТ путем модернизации существующих образцов. Однако в настоящее время методология модернизации парка АТ в окончательном виде не проработана. Имеется значительный научный задел по модернизации силовых установок, но при этом остро возникают проблемы обеспечения полной реализации мощности силовых установок и обеспечения безопасности движения вследствие увеличивающихся скоростей движения. Таким образом, можно сделать вывод о том, что существует имеющая важное хозяйственное и оборонное значение проблема старения и снижения технического уровня парка АМН на фоне растущих к нему требований по производительности и безопасности при недостаточно разработанных научных методах модернизации АМН. Цель настоящего исследования – повысить технический уровень, производительность и безопасность АМН при их модернизации на основе научно обоснованных методов и технических решений совершенствования механизмов подвода и распределения мощности между ведущими колесами и адаптации рулевого управления к условиям движения. Объект исследования – система «АМН (двигатель – трансмиссия – рулевое управление) – опорная поверхность». Предмет исследования – процессы функционирования системы «двигатель – трансмиссия – рулевое управление – опорная поверхность» при движении АМН. Для достижения цели в работе решались следующие основные задачи: 1. Разработать комплекс математических моделей, учитывающих возможные конструктивные параметры и характеристики, изменяемые при модернизации АМН. 2. Разработать методику и получить зависимости для определения рационального передаточного отношения межосевого дифференциала АМН, обеспечивающего снижение затрат мощности на движение и достаточный уровень производительности и проходимости. 3. Установить граничное условие использования полного привода для повышения экономичности автомобиля и разработать техническое решение для его реализации. 4. Обосновать новый метод блокировки межосевых и межколесных дифференциалов в процессе движения АМН, обеспечивающий достаточный уровень проходимости, и разработать технические решения для его реализации. 5. Обосновать параметры регулирования угловой скорости поворота задних управляемых колес для автомобилей с передними и задними управляемыми колесами, позволяющие повысить управляемость таких машин, и разработать техническое решение для его реализации. 6. Обосновать параметры и разработать средства регулирования реактивного действия гидравлического усилителя рулевого управления, повышающие безопасность движения. Методика исследования включает в себя системный анализ, математическое моделирование движения АМН; теоретический анализ процессов движения и влияния различных факторов на эффективность движения АМН; синтез закономерностей распределения мощности и функционирования рулевого управления, экспериментальные исследования движения АМН. Выполненные исследования базировались на основных положениях теории движения автомобиля; теоретической механики; теории решения изобретательских задач; методах инженерного эксперимента; теории вероятности; математического анализа и планирования эксперимента. Научная новизна: 1. Разработан комплекс математических моделей для исследования АМН, основными особенностями которого являются: описания межосевых и межколесных связей в силовом приводе с учетом одновременного действия крутящего и тормозного моментов, процессов рулевого управления с гидравлическим усилителем с переменным реактивным действием. Комплекс моделей позволяет исследовать взаимосвязанные процессы в двигателе, трансмиссии, системе подрессоривания, рулевом и тормозном управлении АМН, проводить оценку влияния конструктивных изменений при модернизации в различных условиях движения, а также синтезировать отдельные функциональные узлы и механизмы. 2. Получены новые зависимости для определения передаточного отношения межосевого дифференциала: передаточное отношение в конкретных дорожных условиях с конкретной нагрузкой и рациональное передаточное отношение межосевого дифференциала применительно ко всем вероятным дорожным условиям и видам оборудования, обеспечивающие требуемый уровень производительности и проходимости АМН. 3. Установлено новое граничное условие использования полного привода: превышение суммы потерь мощности в ведущих мостах и на проскальзывание ведущих колес при отключенном полном приводе над суммой потерь мощности в ведущих мостах и на проскальзывание ведущих колес при включенном полном приводе. 4. Обоснованы параметры закона регулирования угловой скорости поворота управляемых колес для автомобилей с передними и задними управляемыми колесами, обеспечивающие повышение маневренности и чувствительности автомобиля к повороту рулевого колеса. 5. Обоснованы параметры регулирования реактивного действия гидравлического усилителя рулевого управления. Предложен и обоснован новый критерий качества функционирования рулевого управления с гидравлическим усилителем - коэффициент информативности, позволяющий оценить влияние конструктивных факторов автомобиля на информативность рулевого управления по усилию на рулевом колесе, а также предложен закон управления переменным реактивным действием, обеспечивающий повышение управляемости АМН. Практическая значимость Разработана методика определения рационального передаточного отношения межосевого дифференциала АМН, обеспечивающая требуемый уровень производительности и проходимости АМН во всех вероятных дорожных условиях. Обоснован новый метод блокировки межосевых и межколесных дифференциалов в процессе движения АМН, отличающийся предварительным выравниванием угловых скоростей буксующих колес путем приложения тормозного момента к буксующим колесам и (или) уменьшения подачи топлива. Разработаны средства регулирования реактивного действия гидравлического усилителя рулевого управления путем изменения давления жидкости на входе в распределитель, позволяющие повысить управляемость автомобиля при криволинейном движении. Разработаны технические предложения и даны практические рекомендации по распределению мощности между ведущими колесами АМН с механическими трансмиссиями и адаптации рулевого управления к внешним условиям, обеспечивающие более полную реализацию потенциальных свойств АМН. Новизна технических решений подтверждается 7 патентами и свидетельствами РФ на изобретения и полезные модели. На защиту выносятся: комплекс математических моделей движения автомобиля и функционирования его составных частей; методы повышения эффективности трансмиссий АМН и совокупность технических решений по совершенствованию трансмиссии при модернизации АМН; методы повышения эффективности рулевого управления АМН и совокупность технических решений по совершенствованию рулевого управления при модернизации АМН. Реализация результатов работы Основные результаты работы реализованы: - ОАО «КАМАЗ», ОАО «Автомобильный завод "Урал"», ЗАО «БАЗ», ЗАО «Ремдизель» при разработке предложений по модернизации полноприводных автомобилей; - ВНК МО РФ при разработке общих тактико-технических требований к АМН и технических заданий на их разработку, а также оценке технического уровня разработанных образцов АМН; - Главным автобронетанковым управлением МО РФ при оценке технического уровня разработанных образцов АМН, а также сопровождении НИОКР; - НИИЦ АТ 3 ЦНИИ МО РФ при разработке «Концепции развития военной автомобильной техники ВС РФ на период до 2020 г.», а также выполнении научно-исследовательских работ; - ОАО «15 Центральный автомобильный ремонтный завод» при оценке перспектив производственного процесса; - ФГКУ «29 КТЦ» МО РФ, ОАО «487 ЦАРЗ» при разработке предложений по модернизации АМН и выполнении НИОКР по модернизации; - в учебном процессе ЮУрГУ, ЧГАА, Костанайского ИЭУ, Курганской ГСА, ВУНЦ СВ «Общевойсковая академия ВС РФ», РВВДКУ (ВИ), ВУНЦ «Академия МТО» филиал г. Омск. Апробация работы Основные положения диссертации были доложены и обсуждены на научно-технических конференциях Рязанского ВАИ (1993–2002); межвузовских научно-технических конференциях ЮУрГУ (2008–2010); межрегиональной научно-технической конференции «Многоцелевые гусеничные и колесные машины: разработка, производство, боевая эффективность, наука и образование» (Омск, 2009); международной научно-технической конференции «Многоцелевые гусеничные и колесные машины: актуальные проблемы теории и практики, научная работа и образование» (Челябинск, 2008); 65-й Международной научно-технической конференции ААИ «Приоритеты развития отечественного автотракторостроения и подготовки инженерных кадров» (Москва, МГТУ МАМИ, 2010); всероссийской научно-технической конференции «Проектирование колесных машин» (Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2009); международной научно-технической конференции «Улучшение эксплуатационных показателей автомобилей, тракторов и двигателей» (Санкт-Петербург, СПбГАУ, 2013). Публикации. Основные положения работы опубликованы в двух монографиях, 37 статьях (в том числе 20 статей в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях), по результатам работы получено 7 патентов и свидетельств РФ на изобретения и полезные модели. Структура и объем работы. Диссертация содержит 277 страниц, включая 68 рисунков и 23 таблицы, состоит из введения, 6 глав, заключения, списка использованных источников (164 наименования) и приложений. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обосновываются актуальность темы диссертации, ее научная новизна, цель и задачи исследования, дается общая характеристика выполненных исследований. В первой главе проведен анализ: роли и места АМН в структуре автомобильного парка страны; технических требований, предъявляемых к АМН; условий их движения; современных способов повышения эффективности АМН путем совершенствования трансмиссий и рулевых управлений и работ, посвященных системам распределения мощности и рулевым управлениям АМН. Проблема повышения эффективности АМН путем совершенствования трансмиссии и рулевого управления всегда находилась в центре внимания специалистов. Наиболее известными в этой области являются работы А.С. Антонова, П.В. Аксенова, Я.С. Агейкина, С.В. Бахмутова, Б.Н. Белоусова, Н.Ф. Бочарова, В.Ф. Васильченкова, В.В. Ванцевича, Н.С. Вольской, Г.И. Гладова, Ю.Г. Горшкова, А.В. Денисова, В.Н. Добромирова, А.Н. Елисеева, В.Н. Кузнецова, Г.О. Котиева, В.В. Ларина, А.Х. Лефарова, В.А. Павлова, Ю.В. Пирковского, В.Ф. Платонова, И.А. Плиева, А.А. Полунгяна, В.А. Петрушова, С.Д. Попова, А.Т. Скойбеды, Г.А. Смирнова, А.Ф. Старикова, М.П. Чистова, В.М. Шарипова, Г.Б. Шипилевского, С.Б. Шухмана, Б. Беккера, Дж. Вонга, M. Mitschke, K. Dietsche, K. Niemann, W. Oswald, J. Stocmar, R. Isermann и многих других, а также труды научных школ МГТУ им. Н.Э. Баумана, 21 НИИИ АТ, ЧГАА, БПИ, МГТУ МАМИ, РВАИ, ННГТУ, ФГУП НАМИ. Усилиями указанных авторов создана база для дальнейшего развития теории движения полноприводных автомобилей и разработки более совершенных схем трансмиссий и рулевых управлений АМН. Вместе с тем, анализ опубликованных работ показывает, что: 1. До настоящего времени нет единого подхода к выбору методов и средств повышения эффективности АМН при модернизации их трансмиссий. 2. Проблема определения и полного использования потенциальных возможностей АМН не решена в полной мере. Это приводит к большому количеству принципиально различных подходов к построению схем трансмиссий и рулевых управлений и противоречивым данным по параметрам применяемых в них узлов и механизмов. Рисунок 2 – Методология модернизации АМН На основании анализа имеющихся работ и в соответствии с существующей проблемой предложена методология модернизации АМН (рисунок 2), сформулированы цель и задачи исследования.

Похожие:

	6: Активные методы обучения Активизация обучения может идти как посредством совершенствования форм и методов обучения, так и по пути совершенствования организации...		Теория социального управления: Монография. К.: Мауп, 1996. 408 с Рассмотрены основные социальные законы и закономерности социального управления, концепции власти и научные школы мирового менеджмента,...
	Доклад на тему Новое в законодательстве о землях сельскохозяйственного назначения в связи с принятием Федерального закона от 29. 12. 2010 №435-фз...		Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Техническое обслуживание пожарных автомобилей и аварийно-спасательных автомобилей в различное время года. Обязанности личного состава...
	Государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального... Подчеркнем, что ознакомление школьников с методами научного познания предполагается проводить при изучении всех разделов курса физики,...		Примерный перечень вопросов для вступительного экзамена в аспирантуру по научной специальности Классификация автомобилей. Автотранспортные средства сельскохозяйственного назначения
	Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Сущность качества и управления им, основные методы управления качеством, сферы приложения методов управления качеством, сферы приложения...		Ооо «Авто-Евразия» Автосервис «Авто-Евразия» занимается техническим обслуживанием и ремонтом легковых автомобилей иностранного и отечественного производства,...
	Исследование систем управления процесс определения организационной... Место исследований систем управления в комплексе дисциплин по теории и практке управления		Законы экологии Транспорт и окружающая среда. Методы защиты атмосферного воздуха от отработанных газов автомобилей
	Методические рекомендации по изучению дисциплины «Системный анализ и теория управления» Цель курса «Системный анализ и теория управления» является формирование у студентов системы знаний по теории управления, развитие...		Техническое задание оказание услуг по техническому обслуживанию и... Для сравнительного анализа ценовых параметров, необходимо направить в наш адрес коммерческое предложение, в котором указать стоимость...
	Новые научные социальные медиа Рунета и направления модернизации... Утверждена приказом по университету №2956 ст от 31. 10 200 8 г		Организационно-методическая работа как механизм совершенствования... Организационно-методическая работа как механизм совершенствования управления в дерматовенерологии
	Программа дисциплины Методы и средства совершенствования бизнес-процессов... Программа предназначена для преподавателей, ведущих данную дисциплину, учебных ассистентов и студентов направления 080500. 68 Бизнес-информатика...		Совершенствование процесса управления развитием малого бизнеса на... Диссертация выполнена на кафедре менеджмента и государственного и муниципального управления Таганрогского института управления и...