Том 11, № 2 (2017)
- Год: 2017
- Статей: 11
- URL: https://journals.rcsi.science/2074-0530/issue/view/3710
Статьи
Процессы, происходящие в двигателе с нетрадиционным рабочим циклом
Аннотация
Двигатель внутреннего сгорания - это тепловая машина, преобразующая тепловую энергию в механическую. В настоящее время существующие двигатели работают по циклам Отто, Дизеля и Сабатэ-Тринклера. Такие циклы принято называть традиционными. Как известно, традиционные двигатели внутреннего сгорания не обладают высоким коэффициентом полезного действия из-за больших потерь теплоты с отработавшими газами, отводом тепла в систему охлаждения и т.д. Резервы повышения коэффициента полезного действия очень высоки. Однако современное двигателестроение вышло на высокий уровень и дальнейшее совершенствование рабочего процесса в традиционных циклах становится уже малоэффективным. В статье предлагается нетрадиционный семитактный двигатель внутреннего сгорания и рассматриваются процессы, происходящие в цилиндрах такого двигателя. В основном цилиндре двигателя рабочий цикл протекает как в традиционном четырехтактном двигателе внутреннего сгорания: на первом такте происходит впуск, на втором - сжатие, на третьем - сгорание и рабочий ход, а вот на четвертом такте отработавшие газы не отводятся из цилиндра, а направляются в дополнительный цилиндр - происходит продолженное расширение газов (рабочий ход). На пятом такте отработавшие газы сжимаются в дополнительном цилиндре и в конце сжатия подается вода. Отбирая теплоту от нагретых деталей цилиндропоршневой группы и сжатых газов, вода испаряется, и расширяющийся пар совершает полезную работу (шестой такт - рабочий ход). На седьмом такте поршень перемещается к верхней мертвой точке, вытесняя пар с отработавшими газами. Предварительные расчеты показали, что максимальное давление семитактного рабочего цикла двигателя внутреннего сгорания может достигать до 20 МПа, это повышает мощность и топливную экономичность двигателя. Впрыск воды несколько снижает максимальную температуру цикла и токсичность отработавших газов. Такие преимущества дают основания на осуществление рабочего цикла ДВС по семитактной схеме.
Известия МГТУ “МАМИ“. 2017;11(2):2-7
2-7
Антропоморфный макет ноги для оценки травмобезопасности экипажа автобронетанковой техники при минно-взрывном воздействии
Аннотация
В статье представлены результаты разработки и испытаний антропоморфного макета ноги, позволяющего определять травмобезопасность ног при минно-взрывном воздействии. Как показывает статистика, ноги экипажа автобронетанковой техники, а также водителя и пассажиров специальных защищенных гражданских автомобилей подвержены сильному динамическому воздействию при минно-взрывном воздействии, вследствие чего имеет место повышенный уровень травматизма этой части тела. При разработке защищенной техники особое внимание уделяется травмобезопасности ног. Поскольку антропоморфные измерительные манекены, использующиеся при испытаниях на минно-взрывное воздействие, имеются в ограниченном количестве, а определить необходимо травмобезопасность большого количества человек, то было решено разработать антропоморфный макет ноги. Антропоморфный макет ноги состоит из несущего модуля М2А-02 с адаптером-втулкой М3А-01, стопы модели 723/8, пружины, имитирующей жесткость голени, а также весового цилиндра, догружающего недостающую массу голени и половину массы бедра. Для определения осевого усилия в голени используется специальный датчик хода. По измеренному сжатию и имеющейся жесткости пружины вычисляется пиковое осевое усилие. Антропоморфный макет ноги был тарирован на специальном копровом стенде по сбросу. Производился сброс с различных высот от 0,46 м до 2,5 м на различные поверхности - песок и сталь толщиной 8 мм. Также производился сброс ноги, обутой в уставной ботинок. После тарировки устройство было использовано в натурных испытаниях подрывом специального гражданского защищенного автомобиля для определения травмобезопасности ног водителя и пассажиров. По результатам работы был сделан вывод, что макет ноги может быть использован при испытаниях специальных гражданских защищенных автомобилей, а также автобронетанковой техники на минно-взрывном воздействии.
Известия МГТУ “МАМИ“. 2017;11(2):8-15
8-15
Разработка математической модели шарнирно-сочлененного вездеходного транспортного средства для Арктических зон РФ, районов Крайнего Севера и Дальнего Востока
Аннотация
В настоящее время МГТУ им Н.Э. Баумана, ПАО «КАМАЗ» и Московский Политех ведут работы по созданию шарнирно-сочлененного вездеходного транспортного средства на базе серийных узлов и агрегатов автомобилей КАМАЗ, основной конструктивной особенностью которого является узел сочленения. В зависимости от конструкции различают одностепенные, двухстепенные и трехстепенные шарниры, позволяющие реализовать вращение вокруг вертикальной, продольной и поперечной осей узла сочленения. В статье рассматривается вопрос о влиянии угла наклона поворотного шкворня (вертикальной оси) и введения дополнительной (продольной) степени свободы в одностепенном узле сочленения на стабилизирующий момент. Для этого разработана в среде автоматизированного анализа динамики систем тел математическая модель шарнирно-сочлененного вездеходного транспортного средства. Приведено описание основных узлов, систем и алгоритмов управления разрабатываемого вездехода. При моделировании исследовалось движение транспортного средства при выполнении типового маневра при различных вариантах исполнения узла сочленения с одновременной регистрацией угла складывания секций рам. На основании выполненных исследований и анализа их результатов сформулированы следующие выводы: стабилизирующий момент, достаточный для возврата секций рам в исходное положение, возникает только при больших углах наклона поворотного шкворня, а введение дополнительной степени свободы в узле сочленения существенно снижает стабилизирующий момент. Дальнейшее развитие математической модели позволит на стадии проектирования оценить такие эксплуатационные показатели разрабатываемого вездеходного транспортного средства, как плавность хода, профильную проходимость, тяговые свойства и тормозную динамику при различных дорожных условиях.
Известия МГТУ “МАМИ“. 2017;11(2):16-24
16-24
Гидродифференциальный выпрямитель момента инерционной автоматической передачи мобильных машин
Аннотация
В статье рассмотрена возможность применения в инерционно-импульсных автоматических передачах гидродифференциального выпрямителя момента, в конструкции которого в качестве муфт свободного хода используются гидромашины. В отличие от механических муфт свободного хода, где наиболее слабые их звенья - тела заклинивания, в предложенной конструкции телом заклинивания является гидравлическая жидкость, что позволяет устранить вышеупомянутый недостаток и уменьшить износ. Приведена кинематическая схема инерционной передачи с гидродифференциальным выпрямителем момента и описан рабочий процесс на трех характерных режимах работы: стоповом, трансформации вращающего момента и прямой передачи. Приведены зависимости для расчета основных параметров гидравлических муфт свободного хода, а также представлены теоретические и экспериментальные результаты исследований работоспособности инерционного гидродифференциального трансформатора вращающего момента. Анализ полученных результатов показал, что с увеличением внутренних утечек рабочей жидкости, возрастающих вследствие износа гидродифференциального выпрямителя момента, мощность и момент на валу гидромашины будут уменьшаться, что в свою очередь снизит коэффициент полезного действия гидродифференциального выпрямителя момента. Анализ результатов показал, что в начале эксплуатации коэффициент полезного действия гидродифференциального выпрямителя момента составляет примерно 93 % во всем рабочем диапазоне. В процессе работы коэффициент полезного действия передачи линейно убывает и при радиальном зазоре 300÷350 мкм составляет всего 68÷63 %. При дальнейшем износе (радиальный зазор 350 ÷ 400 мкм) коэффициент полезного действия практически не снижается. Это свидетельствует о том, что гидродифференциальный выпрямитель момента полностью износился и требуется его замена.
Известия МГТУ “МАМИ“. 2017;11(2):25-30
25-30
Алгоритм навигации наземных транспортно-технологических средств на основе данных интегрированной инерциально-спутниковой системы навигации и одометра
Аннотация
Динамичное развитие навигационных технологий обусловило появление практических приложений для решения задачи навигации наземных транспортно - технологических средств (НТТС). Наиболее перспективным путем решения задачи навигации НТТС является создание интегрированных инерциально-спутниковых навигационных систем (ИНС/СНС) . В течение долгого периода времени широкое применение навигационных систем для транспортных приложений сдерживалось их высокой стоимостью. Появление на рынке навигационного оборудования низкостоимостных микроэлектромеханических (МЭМС) инерциальных датчиков обеспечило технологическую основу создания малогабаритных ИНС. Для транспортных приложений интегрированные ИНС/СНС комплексируются с датчиками дополнительной информации, к которым следует отнести одометр. Внедрению комплексированных (ИНС/СНС - одометр) систем в серийное и массовое производство препятствует крайне высокий уровень собственных погрешностей МЭМС датчиков, а также малая точность определения навигационных параметров в зоне неустойчивого приема спутникового сигнала СНС. Очевидно, что разработка методов обработки измерительной информации и синтез специализированных алгоритмов, обеспечивающих повышении точности навигационных систем НТТС, является актуальной научной задачей. В работе представлено и обосновано схемно-техническое решение построения интегрированной ИНС/СНС системы комплексированной с одометрическим датчиком. Разработан специализированный навигационный алгоритм, обеспечивающий интегрированное навигационное решение по данным, поступающим от разнородных источников измерений. Приводится развернутая функциональная схема алгоритма. Определена совокупность функциональных критериев качества и достоверности навигационного решения. Разработаны алгоритмы коррекции для главных кинематических параметров траекторного движения НТТС - угол истинного курса, координаты местоположения, компоненты вектора скорости. Разработанный алгоритм инвариантен к типу инерциальных датчиков и в этом смысле унифицирован. Работоспособность подтверждена результатами натурных испытаний навигационной системы автопогрузчика, осуществляющего грузоперевозки на территории морского порта.
Известия МГТУ “МАМИ“. 2017;11(2):31-39
31-39
Статические характеристики пневматического усилителя мощности «сопло-заслонка»
Аннотация
Приведены результаты экспериментального исследования механо-пневматического преобразователя «сопло-заслонка» и созданного на его базе пневматического усилителя мощности. Такие устройства могут быть использованы при проектировании систем демпфирования многоопорной колебательной системы транспортного средства специального назначения, предназначенного для перевозки «деликатных» грузов. Алгоритм управления адаптивной пневмогидравлической рессорой достаточно сложен и для его реализации может потребоваться дорогостоящая гидравлическая аппаратура с электромагнитным пропорциональным управлением. Возможной альтернативой такой аппаратуре являются пневматические устройства, построенные на базе регулируемых дросселей «сопло-заслонка». Установка на борту транспортных средств на колесном или гусеничном ходу грузовых балок или платформ с закрепленным на них грузом может быть связана с необходимостью их стабилизации в горизонтальном положении в случае смещения центра тяжести груза относительно вертикальной оси. Такая задача может быть решена с использованием дифференциальных гидроцилиндров с перекрестным соединением их поршневых и штоковых полостей, а компенсацию разницы подач и расходов обеспечить посредством пневмогидравлических аккумуляторов. В обоих случаях требуется система управления давлением в газовых полостях пневмогидравлической рессоры или пневмогидравлического аккумулятора, которая может быть реализована на базе механопневматического преобразователя или пневматического усилителя мощности. В пневматических системах управления непрерывного действия, используемых в мобильной технике, направляющая и распределительная подсистемы, как правило, строятся на базе пневматических дросселирующих распределителей с электромагнитным пропорциональным управлением. В силу ограниченной мощности пропорциональных электромагнитов, создание таких пневматических распределителей прямого действия лимитировано их пропускной способностью. В дросселирующих пневматических распределителях непрямого действия замена усилителя мощности золотникового типа усилителем мощности «сопло-заслонка» улучшает динамические характеристики распределителя и снижает его стоимость. Возможно использование полученных экспериментальных расходно-перепадных, регулировочных и силовых характеристик, представленных в безразмерных параметрах, при расчете на этапе проектирования адаптивных подвесок многоосных транспортных систем и установленных на их борту стабилизированных по горизонту грузовых платформ.
Известия МГТУ “МАМИ“. 2017;11(2):40-48
40-48
Перспективы применения подсистем увлажнения воздуха при кондиционировании на транспорте
Аннотация
При длительной деятельности человека очень многие факторы начинают вносить существенный вклад в утомляемость и снижение концентрации внимания. Вопрос встает еще более актуально, когда речь заходит о водителях и операторах дорожной строительной и сельскохозяйственной техники. Работа на данных видах транспорта предполагает повышенную опасность и дополнительную ответственность за жизнь и здоровье людей. Наряду с такими параметрами, как эргономика и оптимизация режима труда и отдыха, огромную роль играют оптимальные значения параметров микроклимата в зоне водителя или оператора транспортной техники. К параметрам микроклимата относятся: давление, концентрация кислорода в воздухе, температура и влажность. И если с регулированием содержания кислорода и давления в наземном транспорте, в отличии от летательных аппаратов, необходимости не возникает, а температура регулируется при помощи систем кондиционирования воздуха автомобиля, то параметрам влажности не уделяется должного внимания. В условиях работы автомобильного транспорта и строительной техники, в зонах пониженной влажности или повышенного пылевыделения, низкий уровень влагосодержания в кондиционируемом воздухе начинает играть ключевую роль в повышенной утомляемости и развитии хронических заболеваний у водителей. Это может быть чревато как снижением работоспособности и экономическими потерями, так и созданием дополнительных опасных ситуаций для жизни и здоровья людей. В статье рассматриваются и сравниваются основные способы и методы влагонасыщения сухого воздуха и оценивается приемлемость их реализации на автотранспорте, проводятся характерные оценочные расчеты изменения параметров системы от условий нагрузки. Приведены особенности применения увлажнения воздуха в системах кондиционирования на наземном и авиационном транспорте, произведена обобщенная оценка способов увлажнения, их преимуществ и недостатков, выявлены наиболее оптимальные, с точки зрения транспортной техники, методы увлажнения воздуха. Для вычислений использовался программный комплекс MathCAD.
Известия МГТУ “МАМИ“. 2017;11(2):49-53
49-53
Использование гидравлического канала связи в технических системах
Аннотация
При разработке технологических систем появляется необходимость передавать информацию на значительные расстояния без использования традиционных средств связи ввиду невозможности их применения, например, в области геонавигации при бурении наклонных/горизонтальных скважин. Одним из возможных каналов для передачи информации в данной области является гидравлический канал связи (ГКС). Поэтому в настоящее время задача по разработке эффективного метода и способа передачи информации по ГКС становится актуальной. Целью данной работы стало создание математической модели ГКС для предоставления практических рекомендаций при его использовании в технике для оценки возможности передачи по нему информации без проведения дорогостоящих натурных испытаний. В статье приведена математическая модель ГКС, представляющего собой длинную гидролинию, с учетом граничных условий на его входе и выходе из него. Входное граничное условие представлено поршневым насосом с кривошипно-шатунным приводным механизмом. Выходное граничное условие представлено дросселем - механическим устройством, способным перекрывать проходной канал в гидролинии, тем самым создавая импульсы давления, с помощью которых формируется полезная информация, передаваемая по ГКС. Показана полученная характеристика для относительной мгновенной подачи Q в зависимости от угла φ поворота вала насоса. Дано соотношение, устанавливающее связь площади открываемых окон дросселя от угла поворота его вала. Рассмотрены два применяемых метода кодирования информации в технологических системах для передачи информации и приведена зависимость для затухания амплитуды сигнала при передаче данных по ГКС. Выполнено математическое моделирование системы с ГКС и описанных граничных условиях. Получен вид импульса давления. По результатам работы были сделаны выводы.
Известия МГТУ “МАМИ“. 2017;11(2):54-63
54-63
Расчет и обоснование конструктивных параметров автомобильных механических стабилизаторов поперечной устойчивости с регулируемой жесткостью
Аннотация
Безопасность движения автомобиля можно охарактеризовать такими понятиями, как маневренность, управляемость и устойчивость его движения. Для улучшения управляемости и устойчивости движения автомобиля при проектировании проводится ряд различных мероприятий. В частности, с точки зрения конструкции, практически на каждом легковом автомобиле устанавливают стабилизатор поперечной устойчивости. Он предназначен для уменьшения поперечного крена подрессоренной части автомобиля, вызванного движением по криволинейной траектории, сильным боковым ветром или же наклоном дороги. Так, в данной статье рассмотрен возможный вариант применения на скоростных легковых автомобилях стабилизаторов поперечной устойчивости с изменяемой жесткостью, совместно с подвеской задней оси, имеющей «подруливающую» кинематику. Рассмотрено влияние такого сочетания на устойчивость движения автомобиля и его управляемость исходя из основных принципов теории движения колесных машин. И главное приведена разработанная методика расчета механического стабилизатора поперечной устойчивости с изменяемой жесткостью, которая в свою очередь предполагает применение метода конечных элементов для расчета жесткости элементов конструкции стабилизатора. Нужно подчеркнуть, что стабилизаторы такой конструкции применяются в основном для гоночных автомобилей. Но приведенная в статье методика их расчета может быть переложена и на более сложные конструкции, применяемые в серийном автомобилестроении. Это могут быть стабилизаторы поперечной устойчивости с встроенными гидравлическими, пневматическими или электромеханическими элементами, позволяющими осуществлять регулировку крутильной жесткости стабилизатора. Данная статья является одной из немногих в русскоязычной литературе освещающих вопрос методов расчета стабилизаторов поперечной устойчивости с изменяемой жесткостью.
Известия МГТУ “МАМИ“. 2017;11(2):64-71
64-71
Воспламенения бедных топливовоздушных смесей в бензиновых ДВС - проблемы, пути решения
Аннотация
В статье рассматриваются вопросы развития технологий в области совершенствования организации процесса сгорания в двигателях внутреннего сгорания с целью решения проблемы защиты окружающей среды и повышения эффективности использования топливных ресурсов. Проведенный анализ показал повышенный интерес исследователей и практиков автомобилестроения к проблеме воспламенения бедных смесей в ДВС методом расслоения топливо-воздушного заряда в камере сгорания. Рассмотрены направления по интенсификации сгорания бедных смесей в двигателях внутреннего сгорания за счет применения различных способов расслоения топливо-воздушного заряда в камере сгорания двигателей внутреннего сгорания. Сгорание бедных смесей обеспечивает низкое содержание выбросов вредных веществ с отработавшими газами двигателя внутреннего сгорания и улучшение топливной экономичности. Преимуществом двигателя внутреннего сгорания, использующим бедные топливо-воздушные смеси, является его работа практически без дросселирования заряда на впуске. При этом обеспечивается снижение расхода топлива и соответственно выбросов СО2 до 25%. Низкие концентрации выбросов вредных веществ снижают также требования к эффективности нейтрализатора. Процесс сгорания бедных смесей осуществляется благодаря технологиям непосредственного электронного впрыска топлива в камеру сгорания под высоким давлением и каталитической нейтрализации продуктов сгорания бедных смесей. Эффективное сгорание топливо-воздушных смесей достигается с коэффициентом избытка воздуха меньше 1,7. В статье приведены также результаты испытаний форкамерно-факельного двигателя внутреннего сгорания, которые показали возможности использования качественного регулирования мощности двигателя за счет работы на бедных смесях и значительного снижения выбросов вредных веществ с отработавшими газами. Показано, что применение электронной системы зажигания с повышенной энергией разряда и системой гомогенного смесеобразования приводит к интенсификации сгорания бедных смесей в ДВС, и позволяет работать двигателю на сверхбедных смесях с коэффициентом избытка воздуха 3,5 при устойчивом сгорании топливо-воздушных смесей.
Известия МГТУ “МАМИ“. 2017;11(2):72-77
72-77
О величине момента трения фрикционного сцепления при разгоне автомобиля или тракторного агрегата с места
Аннотация
В настоящее время встречаются еще работы, где принимается, что момент трения фрикционного сцепления в динамике больше чем в статике. В действительности это не так. Показано, что для существующих типов фрикционных накладок (на основе асбеста, безасбестовых полимерных или порошковых спеченных), работающих в сухую в паре с чугуном коэффициент трения скольжения равен 0,23…0,27. При этом его величина составляет 60…70% от коэффициента трения покоя (статического). Для фрикционных сцеплений, работающих в масле, значение статического коэффициента трения в контакте дисков замкнутого фрикционного сцепления выключаемой передачи в 1,7…2,2 больше динамического коэффициента трения фрикционного сцепления включаемой передачи. Эти данные получены экспериментально для фрикционных дисков со спеченным порошковым материалом МК-5 на медной основе, Шадеф на железной основе, а также HS43 и HS09 (Hoerbiger, Австрия) на медной основе. Это подтверждает, что момент трения фрикционного сцепления в динамике всегда меньше чем в статике. Приведены осциллограммы с результатами процесса разгона с места различных тракторных агрегатов, из которых следует, что в большинстве случаев разгона машины с места сцепление заканчивает свое буксование до полного включения. Следовательно, в большинстве случаев разгона машины с места не используется максимальный момент трения сцепления в динамике, который, как было показано выше, всегда меньше момента трения фрикционного сцепления в статике. Только при тяжелых условиях нагружения при разгоне машины с места момент трения фрикционного сцепления может достигать максимального значения, и оно буксует при этом моменте до выравнивания угловых скоростей ведущих и ведомых деталей.
Известия МГТУ “МАМИ“. 2017;11(2):78-83
78-83