автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.03, диссертация на тему:Определение целесообразности и рационального объема модернизации гусеничного транспорта-тягача МТ-ЛБ

Государственный научно-исследовательский тракторный институт -НЛТИ

На правах рукописи Для служебного пользования Экз. № 02.^-

ВОЛОДИН АЛЕКСАНДР НИКОЛАЕВИЧ

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ И РАЦИОНАЛЬНОГО ОБЪЕМА МОДЕРНИЗАЦИИ ГУСЕНИЧНОГО ТРАНСПОРТЕРА-ТЯГАЧА МТ-ЛБ

Специальность 05.05.03 - Колесные и гусеничные машины

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва, 1999 г.

Работа выполнена в Государственном научно-исследовательском тракторном институте - НАТИ.

Научный руководитель - кандидат технических наук, доцент

Кожевников Владимир Сергеевич

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Наумов Валерий Николаевич

- кандидат технических наук Бархатов Геннадий Степанович

Ведущая организация - ОАО "Муромтепловоз"

Защита диссертации состоится 15 апреля 1999 г.

В ЮМ час. на заседании специализированного совета К 132.01.01 в Государственном научно-исследовательском институте НАТИ по адресу: г. Москва, Верхняя, 34.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного научно-исследовательского института НАТИ.

Ваши отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по указанному адресу.

Автореферат разослан "_" марта 1999 г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Проводимое в настоящее время реформирование Вооруженных Сил Российской Федерации осложняется изменением военно-технической базы производства оборонной техники в России, что затронуло все рода войск и проявляется в сокращении количества единиц вооружения и необходимости повышения их тактико-технических характеристик (ТТХ).

В полной мере это относится и к многоцелевым гусеничным машинам легкой категории по массе, В первую очередь это касается широко используемых машин семейства МТ-ЛБ. Опыт их войскового использования показывает, что основными недостатками этих машин на современном этапе являются недостаточная управляемость и плавность хода, существенно ограничивающие их подвижность и обуславливающие отставание от современных образцов других классов машин автомобильной и бронетанковой техники.

Учитывая экономические обстоятельства существующего промышленного производства и отсутствие в Российской Федерации базовых заводов по выпуску многоцелевых гусеничных транспортеров-тягачей легкой категории по массе, актуальным является вопрос о повышении военно-технического уровня машин, находящихся в войсках, до уровня требований 2005-2010 годов. Это возможно осуществить за счет модернизации при условии, что время на разработку и внедрение мероприятий по совершенствованию имеющихся образцов меньше времени необходимого для разработки и постановки на производство новых машин.

В связи с этим работа, посвященная исследованию возможности повышения тактико-технических характеристик одного из объектов военной техники за счет модернизации и определению экономической целесообразности, является актуальной и своевременной.

Цель работы закшочается в определении возможности повышения подвижности многоцелевого гусеничного транспортера-тягача МТ-ЛБ за счет его модернизации и рационального объема мероприятий модернизации на основании сравнительной технико-экономической оценки вариантов конструктивных решений.

Методы исследования. При выполнении исследований использовались методы теории движения транспортно-тяговых гусеничных и колесных машин, теории подрессоривания, грунтоведения, теоретической механики, вычислительной математики, теории вероятностей.

Экспериментальные исследования проводились на экспериментальных образцах модернизированных МТ-ЛБ, оборудованных средствами измерения и регистрации па-

раметров движения, на испытательных полигонах 21 НИИИ АТ МО и ПФ НАТИ.

Научная новизна заключается в следующем:

обоснован методический подход и разработана методика комплексного исследования подвижности многоцелевых гусеничных машин;

обоснован подход к оценке устойчивости движения быстроходных гусеничных машин с учетом колебаний (в том числе поперечно-угловых) корпуса;

предложен методический подход и разработана методика оценки технического уровня и эффективности многоцелевых гусеничных машин с учетом характеристик подвижности, надежности и психофизиологии человека;

обоснована необходимость исследований комплексного воздействия на человека внешних факторов как важного момента в вопросе оценки эффективности эксплуатации многоцелевых транспортно-тяговых машин.

Результаты работы, выносимые на защиту:

методика комплексного исследования подвижности многоцелевых гусеничных машин;

методика оценки технического уровня и эффективности многоцелевых машин;

результаты оценки эффективности модернизации транспортеров-тягачей МТ-ЛБ.

Практическая ценность работы состоит в:

разработке методики комплексного исследования подвижности многоцелевых гусеничных транспортеров-тягачей;

разработке методики оценки технического уровня и эффективности использования многоцелевых транспортно-тяговых машин;

разработке технических предложений, направленных на повышение подвижности транспортера-тягача МТ-ЛБ и машин на его базе.

Реализация работы. Результаты работы использованы при выполнении НИР «Аллегория», «Трансмиттер», «Жигули», ОКР «Аллегория-1».

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены на заседаниях секции ООТ НТС НАТИ в 1995 - 1998 г.г., на заседании НТС кафедры М9 МГТУ им. Н.Э. Баумана, на симпозиуме Отделения спецтехники и конверсии Академии проблем качества.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 статей и получено два авторских свидетельства на изобретения.

Объем диссертации. Диссертация содержит 143 страницы машинописного текста, 23 таблицы, 83 рисунка, и состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы, включающего 84 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

11 главе 1 установлена качественная возможность за счет модернизации машин семейства МТ-ЛБ удовлетворить потребности Вооруженных Сил в многоцелевых гусеничных машинах легкой категории по массе до момента насыщения парка новыми машинами.

На основании сравнительного анализа технических характеристик МТ-ЛБ и так-гико-технических требований к современным и перспективным многоцелевым гусеничным машинам определены основные направления модернизации, которые должны эбеспечить повышение подвижности МТ-ЛБ: реализация бесступенчатого регулирования радиуса поворота и повышение плавности хода. Очевидно, что технические решетя по этим направлениям требуют оценки технико-экономической эффективности. Зажным при этом является правильное качественное и количественное определение технического уровня этих решений, которое возможно осуществить на основе исследо-!ания функциональных и эксплуатационных свойств с учетом характеристик дорожно-рунтовых условий использования данной техники.

Отличительной особенностью процесса модернизации машин, стоящих на воо->ужении, от процесса создания новых машин является ограниченность выбора решений, :оторые могут повысить технический уровень. Это обусловливает необходимость ис-юльзования системного подхода к исследованию движения гусеничных машин.

Отмечено, что, как правило, при исследованиях движение машины раскладыва-тся на свои составляющие, которые рассматриваются независимо друг от друга: тяго-ая динамика прямолинейного движения, поворот, колебания, устойчивость. Каждая арактеризуется своими показателями, изучение которых позволяет оценить качество ехнических решений, предлагаемых для реализации в конструкции разрабатываемой 'ашииы. Взаимное влияние составляющих учитывается коэффициентами или парамет-ами, которые носят общий характер, иногда не отражающий особенности конкретной онструкции. Поскольку в некоторых случаях в результате суммарного действия внеш-их факторов может наступать более раннее ограничение подвижности, целесообразно елостное исследование движения машины.

На основании вышеизложенного сформулированы следующие основные задачи ^следования:

выполнить анализ методов исследования движения гусеничных машин и опреде-1ть необходимость и возможность комплексного исследования подвижности многоце-:вых гусеничных машин в заданных условиях эксплуатации;

исследовать основные направления модернизации транспортера-тягача МТ-ЛБ и дать комплексную оценку мероприятий по повышению подвижности;

разработать технические предложения по модернизации;

выбрать и обосновать методику оценки технико-экономической эффективности многоцелевых гусеничных машин;

провести технико-экономическую оценку вариантов модернизации и обосновать рациональный уровень модернизации.

В главе 2 выполнен анализ условий эксплуатации и методов исследования движения многоцелевых гусеничных машин.

Отмечено, что реальные дорожно-грунтовые условия характеризуются не средними значениями параметров, а случайными независимыми величинами, описываемыми функциями распределения или плотностями вероятностей их распределения, которые определяют области возможных (Si) и невозможных режимов движения. Вероятность возможности движения в некоторых классифицированных дорожно-грунтовых условиях

P{(f,<p)cSl} = JJA( f)p2(<p)dfd<p<\,

№

где Pi(f), р2(<р) - плотности распределения вероятностей соответственно коэффициента сопротивления движению /и коэффициента сцепления (р.

Анализ способов описания геометрических характеристик опорной поверхности показал, что имеются два основных подхода к оценке их влияния на систему «человек-машина». Первый основан на определении и использовании корреляционной функции и спектральной плотности микропрофиля, а второй на использовании интегральных функций распределения высот и длин неровностей, которые могут быть представлены в виде распределения Гаусса. Использование обоих дает полную картину возмущающих воздействий от рельефа местности.

Два подхода к заданию геометрических характеристик поверхности обуславливаю! два основных метода оценки системы подрессоривания тягово-транспортных машин, разра-

кова H.A., Ротенберга P.B., Яценко H.H. и др.

В первом случае осуществляется определение и анализ амплитудно-частотной характеристики с последующей оценкой вибронагруженности водителя, пассажиров к грузов по средним квадратичным значениям ускорений колебаний или скоростей коле-

баний в вертикальном и горизонтальном направлениях.

Другой подход ориентирован на оценку предельных характеристик системы под-рессоривания и применяется в основном к боевым машинам. Оценка производится по скоростной характеристике, представляющей зависимость от скорости предельной высоты неровности, преодолеваемой без ограничения скорости движения (без пробоя подвески).

Оба подхода реализуются через рассмотрение колебательной системы гусеничной машины, которая в достаточно полном виде представлена на рис.1. Уравнения, описывающие движение в соответствии с этой колебательной системой имеют вид

1=1 (=1 •V+!л (2г+2д'«- 4 - и)''+!>?, (2г+2в- - ^ К-=■0

Лй,+|2Х {2В,/>П+4 + 4.)+ (2 в¥п+с„_ +гл,)=о

■ь ¡-1 1=1

■К,</Кк - 2(Гк - Г„, - Т„р)г„

I 8 е )

где Ттр, Тгд - силы сопротивления трансмиссии и гусеничного движителя приведенные к ведущему колесу.

V > л

Ьи

ТнкгЩ^ ^

Э§5

1

\LZsniki С—\Щ ГТи.чЛл

чм\

и

Сшш

В/2 .

Рис. 1. Колебательная система гусеничной машины, а- в продольной плоскости; б- в поперечной плоскости.

Криволинейное движение является наиболее общим случаем движения на плоскости и его исследованию посвящено значительное количество научных теоретических и экспериментальных работ, выполненных различными авторами. К основным можно отнести работы Груздева Н.И., Метелицына И.И., Никитина А.О., Сергеева JI.B., Исаева Б.Г., Тарасова В.В., Забавникова H.A., Фаробина Я.Е., Опейко Ф.А., Гуськова В.В., Красненькова В.И., Харитонова С.А., Павлова В.В., Шумилина A.B. и др.

Основные расхождения в математических моделях заключаются в принятых допущениях при определении сил действующих на машину.

Для общего случая движения система дифференциальных уравнений имеет вид

{' = и, ,,2 fmS~ П1уС0г

•■ ■ V V , Л", r w , V ^jy-l^hM'1! , ту = тха,_ - ¿^cTjJs,,a) J h^ (x)dx+ ^ 2, // 2 J Ь(х№

«?•»] / . >1

. . в

J.co. = — ' * 2

где x, у - ускорения по направлениям осей системы координат; ,г,у- скорость центра масс по направлениям осей координат; со, - угловая скорость поворота машины; т - масса машины; J, - момент инерции вокруг вертикальной оси; /, - координата приложения эквивалентной нормальной нагрузки в площадке контакта; q(x) - нормальная нагрузка; <p(s,a) - коэффициент сцепления; s - деформация грунта; а - угол направления перемещения элемента опорной ветви гусеницы; h„ - высота сдвигаемого слоя грунта торцами траков; о - напряжения при сдвиге грунта; /„, /, - координаты площадки контакта; В -колея машины; VCK - скорость скольжения гусеницы; / - коэффициент сопротивления движению; п - число активных участков; п' - число участков, углубленных в основание; s - деформация грунта; а - угол направления перемещения элемеша опорной öcibh i>-сеницы.

Анализ методов оценки устойчивости как колесных так и гусеничных машин, выполненный по работам Антонова Д.А., Благонравова A.A., Красненькова В.И., Опейко Ф.А., Гуськова В.В., Держанского В.Б. и др. показывает, что имеет место об-

щш! подход, основанный на расчетной схеме, опорные элементы движителя которой приведены к продольной оси машины. Анализ экспериментальных и расчетных данных показывает вполне определенный характер изменения сил тяги, обусловленный поперечно-угловыми колебаниями корпуса гусеничной машины, и подтверждает существенную связь этих колебаний с формированием реакций (нормальных и касательных) опорного основания, которые обеспечивают устойчивость гусеничной машины при криволинейном движении и преодолении несимметричных неровностей. В связи с этим теоретическую оценку устойчивости и исследование вопросов, связанных с устойчивостью быстроходных транспортно-тяговых машин, необходимо проводить с использованием модели, включающей в себя колебательную систему.

Исследования движения показывают, что реальный технический уровень такой сложной механической системы как многоцелевая транспортно-тяговая гусеничная машина может быть определен только в результате многофакторного анализа характеристик. Это подтверждает необходимость системного исследования движения. Главным условием его проведения является применение математических моделей, использующих общий методический подход, основу которого составляют процессы взаимодействия движителя с опорной поверхностью и колебания корпуса.

На основе анализа и систематизации методов исследования разработаны структура и методика комплексного исследования подвижности многоцелевой гусеничной машины, которые устанавливают взаимосвязь отдельных видов исследований и последовательность их выполнения, а также основные результаты.

В главе 3 выполнена оценка основных направлений модернизации МТ-ЛБ и обоснованы технические предложения по модернизации трансмиссии. Анализ направлений модернизации показал, что повышение подвижности возможно за счет индивидуального совершенствования основных элементов шасси: силовой установки, трансмиссионной установки, ходовой части, для каждого из которых характерна своя степень улучшения показателей.

Увеличение мощности двигателя транспортера-тягача МТ-ЛБ незначительно повышает показатели подвижности (практически не более 20%). Несовершенство механизма поворота и его системы управления обуславливает снижение скорости в повороте и неполное использование мощности двигателя (рис.2).

На основании анализа схемных решений трансмиссионных установок показана необходимость сохранения двухпоточной схемы механизма передач и поворота. С учетом конструктивных особенностей вариаторов установлены зависимости, позволяющие выбрать значения основных параметров (диапазоны регулирования, коэффициент трансформации крутящего момента) и оценить нагруженность вариатора.

Vcp, км/ч

36

32

28

24

! 1 Ок=0,0254к j Vcp v i v\ i \

' \ "N—'—^^ 1 ! /Л1 1 v \ \

GK=0>0333— i / 1 Y^-—"T" t \

■ ! ! i \Gkm

GKM,

кг/км 1.2

1.1

1.0

160 180

200

220 Ыда, кВт

Рис.2. Зависимости срсД1 ¡си скорости движения Уср и расхода топлива СКч от мощности двигателя при различных значениях параметрах распределения кривизны траектории ок.

В результате расчета вероятностных характеристик установлены теоретические зависимости величины средней скорости движения от максимальной угловой скорости поворота для различных условий движения применительно к МТ-ЛБ с бесступенчатым механизмом поворота (рис.3). Анализ характеристик показывает, что изменение такого конструктивного параметра как максимальная угловая скорость поворота (при бесступенчатом регулировании радиуса поворота) более значимо, чем простое увеличение мощности силовой установки (для машины с фиксированными радиусами поворота). Реализация мероприятий совершенствования трансмиссии обеспечивает увеличение средней скорости движения до 30 %.

На основе анализа значений параметров криволинейного движения предложено использовать величину средней реализуемой угловой скорости поворота в качестве одного из критериев доя выбора максимальной теоретической угловой скорости поворота.

В результате исследования обоснованы два альтернативных технических решения по

NCp, GKM,

кВт кг/км модернизации механизма передач 170 т 1 10 и повоРота' обеспечивающих кинематическое регулирование радиуса поворота: с многодисковы-1.00 ми фрикционными вариаторами и 0.95 объемными гидропередачами.

Исследование характеристик системы подрессоривания показало возможность улучше-

1.05

0.90

0.4

0.6 0.8 1.0 ют, с-Рис. 3. Вероятностные характеристики движения МТ-ЛБ в зависимости от максимального значения теоретической угловой скорости поворота при N„=176,5 кВт. ния плавности хода за счет увеличения динамического хода

г,

м/с2

Ыа, кВт

1

4 1 /

у> ' Г' \ 7 у.

1 \ ...-К / /

! //К 1 // / м--.

1 /'' / /

Ж У

/ у ' Кб ) \5

г Г Г Г"

Рк, кН

40

30

20

10

7-,

М/С2

N3, кВт

6

I

4\ 11\

3 \ \ I____VI

Г к

I I ч . .1 1.....- - "1

р

А _______

\ _ _I

/// ■ N чб | >ч5

■

Рк, кН

40

30

20

10

10

20

30

40 V, хм/ч

10

20

30

40 V, км/ч

Рис. 4. Характеристики подвески серийной машины.

Рис. 5. Характеристики подвески с измененным углом установки балансира и амортизатором на второй подвеске.

катка до 0,39 м (путем изменения угла установки балансира) и установки дополнительного амортизатора (аналогичного серийному) на вторую подвеску (рис. 4 и 5). Данное мероприятие так же снизит нагруженность элементов ходовой части. При этом ограничение средней скорости по системе подрессоривания составит 48 км/ч . Обозначения на рисунках : 1- максимальное вертикальное ускорение на месте механика- водителя ; 2-максимальное вертикальное ускорение в центре масс; 3- средняя за период мощность рассеиваемая амортизаторами; 4- нагрузка на первый опорный каток; 5- нагрузка на второй опорный каток; 6- нагрузка на задний опорный каток.

В главе 4 представлены результаты экспериментальных исследований двух макетных образцов, подтверждающие правильность направления модернизации.

Характеристики образцов лежат на границах диапазонов изменения основных параметров трансмиссии и двигателя. Первый макетный образец М1 имеет более высокие, по сравнению с серийным образцом МТ-ЛБ, значения мощности двигателя (220,5 кВт) и угловой скорости поворота (до 1,5 с-'). Второй образец М2 имеет значения основных параметров на уровне серийного (мощность двигателя 176,5 кВт и угловая скорость поворота 0,45 с-'). При этом реализованы различные конструктивные исполнения трансмиссии по типу применяемых вариаторов: соответственно объемной гидропередачи и многодискового фрикционного вариатора.

При испытаниях определены скоростные характеристики, параметры управляемости, вероятностные характеристики (средняя скорость и расход топлива). Сравнительные испытания макетных образцов проводились по методикам 21 НИИИ МО РФ.

Полученные экспериментальные скоростные характеристики практически совпа-

о

дают с расчетными. Обращает на себя внимание значение максимальной скорости для варианта М2 (59,7 км/ч вместо 67,0 км/ч), что показывает недостаточность мощности

двигателя серийного изделия для уве-

Таблиаа 1. Угловая скорость поворота (с1)

! Передача

Образец

МТ-ЛБ I

М1

М2

0,29

"о'з'Г

0,87 Ь,74~

0,3 0,32

0,27

0,52

0,3

Параметр

Таблица 2. Вероятностные характеристики Образец

! МТ-ЛБ

М1

М2

'Средняя ско- ' !рость движения,' км/ч ;

27,0

.Расход топлива,! !кг/км !

1,05

37,5 1,1

29,3 1,04

личения максимальном скорости движения модернизированного транспортера-тягача.

Анализ показателей поворотливости позволил определить степень влияния значения максимальной угловой скорости поворота на способность маневрирования с высокой интенсивностью и необходимость иметь для гусеничных машин легкой категории по массе значение максимальной фактической угловой скорости поворота не ниже 0,7...0,8 с1, что соответствует расчетному теоретическому значению - 1,0...1,2 с1 (табл. 1).

Вероятностные характеристики (средняя скорость и расход топлива) определялись в результате пробега объектов испытаний по грунтовой дороге (табл. 2).

При экспериментальных исследованиях образца М1 определены значения основных параметров криволинейного движения: скорость движения, угловая скорость поворота, значения крутящих моментов на ведущих колесах, угловые ускорения корпуса и др. Установлена связь поперечно-угловых колебаний корпуса в результате действия центробежной силы с формированием сил тяги (поворачивающего момента).

В главе 5 выполнена оценка технико-экономической эффективности вариантов модернизации.

На основании анализа методов оценки эффективности многоцелевых транспорт-но-тяговых машин показано, что предпочтительной является методология, позволяющая проводить сравнительную оценку технического уровня и эффективности выпускаемых и перспективных образцов техники, привязывая ее при необходимости к конкретным задачам с учетом их разнообразия и специфики, проводить оценку эффективности выполнения задачи разнотипными образцами, определять перспективные направления развития техники (технических идей и конструктивных решений, организационных мероприятий) и использовать ее при формировании цен на продукцию.

и

Объективно модель оценки эффективности представляется в следующей форме

(о

S(x.y)

где R - оценка результата использования образца; S - полные затраты на достижение

данного результата; д-- вектор тактико-технических характеристик образца; у- вектор параметров внешней среды, характеризующих условия выполнения задач.

При отсутствии возможности количественной оценки полезного результата или значительных затруднений при ее выполнении, целесообразно использование показателей, в наибольшей степени отражающих техническое совершенство оцениваемого объекта и характеризующих готовность к выполнению задачи в конкретных условиях. В первую очередь к ним должны относиться показатели, непосредственным образом определяющие производительность.

Обобщенным критерием конструктивной эффективности транспортного средства является средняя скорость чистого движения на маршруте. Этот критерий (в который не включаются непроизводительные потери времени) учитывает дорожные условия эксплуатации и характеризует предельно возможные скоростные свойства технически исправной машины в конкретных дорожных условиях.

Однако, рассматривая систему «человек- машина- окружающая среда», следует отметить, что ее производительность в значительной степени зависит от состояния человека, в частности степени его утомления. Кроме того, в реальной эксплуатации имеют место остановки, связанные с необходимостью ликвидации возникающих неисправностей или отказов, часть которых может происходить и по вине механика-водителя в результате его утомления.

Таким образом, для оценки результата или эффекта образца следует использовать обобщенный критерий производительности, показатели надежности техники и условий обитаемости с учетом психофизиологии человека. Нормирование показателей предлагается осуществлять относительно некоторого уровня, характеризующего предельные возможности образца по подвижности, максимхтьную надежность и комфортные условия для экипажа.

Для оценки подвижности можно использовать коэффициент совершенства по вредней скорости движения

(2)

ср

■де Vcp - значение средней скорости оцениваемого образца в конкретных дорожных ус-ювиях эксплуатации; V° - предельное значение средней скорости в этих же дорожных

условиях.

В качестве комплексного показателя надежности выбран коэффициент оперативной готовности (ГОСТ 27.002-89)

К=РМ 1/(1с+ге), (3)

гдер(1) - вероятность безотказной работы системы; 1С - средняя наработка на отказ; - время внеплановых ремонтов.

Этот показатель количественно характеризует одновременно два показателя: безотказность и ремонтопригодность, которые являются существенными для оценки надежности военной техники. Показатели долговечности основываются на понятии ресурса, который учитывается при определении затрат: чем больше ресурс - тем меньше приведенные затраты по задаче.

Для оценки влияния психофизиологии человека на эффективность системы принят подход, суть которого сводится к определению допустимого времени работы механика-водителя (расчета) или нахождения в машине десанта и т.п. В этом случае комплексный показатель совершенства конструкции с точки зрения обитаемости человека имеет вид

г,,.

(4)

За базовое значение принимается необходимое время работы, выполнения задачи или технологической операции. Эквивалентное время 1мв определяется в данном случае с учетом влияния на человека основных факторов воздействия характерных для транспортных машин: вибрации, шума, микроклимата.

Для каждого фактора имеются нормированные значения допустимого времени для различных уровней воздействия на человека. Тем не менее, данные, отражающие результат совместного воздействия

внешних факторов на человека, имеются в объеме не позволяющим с достоверностью использовать их для определения комплексного показателя. Использование интуитивно-логического метода с учетом опыта эксплуатации специальных и многоцелевых гусеничных и колесных машин позволило выдвинуть гипотезу о характере изменения этого воздейст-

1экв, ч

5 4 3 2 1 О

6 7 ' 12=8 ч \

5, Л \ У \

4 / ч / л

12=1 ч /

/

о

2

4

6 11,4

Рис. 6. Изменение эквивалентного времени в зависимости от двух внешних воздействий (1з=5ч).

вия (рис. 6) с учетом следующих допущений:

- совместное действие внешних факторов имеет мультипликативный характер, усиливающийся с уменьшением значения допустимого времени (нелинейная зависимость);

- эквивалентное время не может быть больше минимального из допустимых значений, соответствующих уровню внешних воздействий;

- эквивалентное время меньше для той комбинации значений допустимой продолжительности работы, которая содержит меньшее значение при одинаковой сумме значений.

В связи с изложенным выражение для определения технического уровня системы «человек-машина» при ее взаимодействии с окружающей средой относительно предельно достижимого принимает вид

R(x,y) = krk0kJ:cn, (5)

где кс„ - показатель, отражающий специфические свойства машины (например, грузоподъемность, объем перевозимого груза).

Оценка затрат на получение результата или достижение некоторого технического уровня осуществляется с учетом преемственности по техническим идеям и конструктивным решениям, которая позволяет исключить некоторые затраты при сравнительной оценке эффективности вариантов модернизации. В итоге затратами, учитываемыми при оценке эффективности являются те, которые связаны с существенными отличиями сравниваемых образцов техники: стоимость образца и эксплуатационные затраты.

Для оценки эффективности эти затраты необходимо привести к условиям выполнения некоторой задачи - периоду времени, пробегу или другим параметрам

>■)=(//- w-Y-f-+- +GJLKh,, (6)

где Ц,ЦЩ- стоимость машины и деталей, требующих плановой замены; Ц"с"',-остаточная стоимость машины и деталей, требующих плановой замены; Цт - стоимость топлива; Цр, Цто - стоимость ремонтов и планового технического обслуживания в течении пробега за задачу; км - коэффициент, учитывающий расход масла; La„ - пробег или время работы (в зависимости от того в каких единицах выражается ресурс); L^ - ресурс машины и деталей, треоующих плановой замены.

На основании выражений (1) и (4-6), записанных для нового образца (индекс «н») и базового (индекс «б») выведено уравнение для определения допустимого превышения стоимости нового образца ЛЦ над базовым

Г

&Ц -

К^у)1?, |

где Цэ - приведенные эксплуатационные затраты при выполнении задачи.

Это превышение характеризует максимальное увеличение стоимости модернизи-т^овзннсго обрз?ц?., об^спечирз^т эффективность-

Критерий эффективности (1) с учетом (2-6) отвечает требованиям предъявляемым к моделям оценки эффективности. Без потери физического смысла он может быть модифицирован для решения различного рода практических задач, связанных с эффективностью разработки и эксплуатации многоцелевых гусеничных и колесных машин:

оценка технического совершенства;

обоснование направлений совершенствования элементов и систем шасси;

транспортная задача;

задача по организации движения и выбора маршрутов в известных дорожно-грунтовых условиях (оценка продолжительности движения, вероятности выполнения задачи по условию надежности системы и др.).

При стоимостном выражении результата имеется возможность перехода к оценке рентабельности эксплуатации, что приобретает большое значение в случае двойного (военного и гражданского) применения многоцелевой техники

По этой методике выполнена оценка эффективности мероприятий модернизации транспортера-тягача МГ-ЛБ. Для окончательного анализа эффективности модернизации приняты следующие варианты:

1. установка многодискового вариатора в механизм передач и поворота, улучшение плавности хода.

2. доработки по варианту 1, улучшение плавности хода, повышение мощности двигателя (до 220 кВт).

3. установка объемных гидропередач в механизм передач и поворота, улучшение плавности хода, повышение мощности двигателя (до 220 кВт).

Анализ этапов процесса модернизации показывает значительное совпадение их содержания с содержанием процесса капитального ремонта. Отличия заключаются в необходимости изготовления или покупки агрегатов, доработки конструкции корпуса. В связи с этим имеет смысл выполнять модернизацию машин семейства МТ-ЛБ в рамках капитального ремонта. Сравнительный анализ технико-экономической эффективности модернизации целесообразно осуществить относительно машин, прошедших капитальный ремонт.

Практическая оценка эффективности выполнена применительно к задачам, характеризующимся значительными объемами передвижений. За базовое время принята

продолжительность выполнения задачи, которая определяется по формуле

С использованием экспериментальных данных по интенсивности шума гусеничных транспортеров-тягачей и агрегатов, вновь устанавливаемых при модернизации, а также распределения времени работы по передачам расчетным путем определен эквивалентный уровень звука в отделении управления.

При оценке уровня вибронагруженности использовались экспериментальные данные аналогичного по компоновке и категории по массе оцениваемым образцам гусеничного транспортера-тягача с моторно-трансмиссионной установкой такого же типа.

Для каждого варианта модернизации определены значения показателя технического уровня. При этом учитывались частные показатели совершенства, которые изменились в результате модернизации. На основании данных о стоимости капитального ремонта МТ-ЛБ рассчитано соответствующее этому техническому уровню предельное превышение стоимости модернизированного образца, а также значение критерия эффективности модернизации.

Результаты расчета параметров технического уровня и эффективности (лимитных цен) вариантов модернизации приведены в табл. 3.

Все рассмотренные варианты модернизации имеют величину лимитной цены превышающую ориентировочную стоимость модернизированных образцов. Это показывает эффективность мероприятий модернизации по всем трем вариантам.

Таблица 3

Параметр : Серий- '_____Варианты модернизации

! ныйоб- ¡" 1 I 2 ; 3 ____________^азец__{_________|_____________]___

Коэффициент подвижности ; 0,504 ! 0,613 ! 0,774 0,741

Коэффициент оперативной ! готовности ! 0,905 ! 0,951 ! 1 ; 0,951 0,951

Коэффициент, учитывающий ; условия труда ; 0,744 ; о,7б 0,689 0,642

Коэффициент технического 1 уровня ; 0,336 1 0,443 ; 0,507 0,452

Средний расход топлива, | кг/км 1,05 ; 0,98 | 0,96 0,98

Ориентировочная стоимость ; образца (мероприятий модер- ; газации), тыс. руб. 1 290 ; 329 (39) ; 342 (52) 363 (73)

Лимитная цена (превышение | над стоимостью серийного | образца), тыс. руб. ! - 1 ) 1 388,8 (93,8) ! \ ! 1 ! 437,6(147,6) 390,1 (100,1)

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

Несмотря на практическую направленность работы, достижение поставленной цели потребовало развития системного подхода в исследовании движения транспортно-тяговых машин и оценке их эффективности. Системный подход к исследованию и разработке многоцелевых гусеничных машин приводит к необходимости многофакторных исследований, главным условием проведения которых является использование математических моделей, основанных на общем методическом подходе.

В связи с этим, рассмотрены и обобщены детерминистические методы исследования движения гусеничных транспортно-тяговых машин: плавности хода, тяговой динамики прямолинейного и криволинейного движения, устойчивости движения, а также методы определения вероятностных характеристик.

На основе систематизации методов исследования разработаны структура и методика комплексного исследования подвижности многоцелевой гусеничной машины, которые устанавливают взаимосвязь отдельных видов исследований, последовательность их выполнения и основные результаты. Существенным и общим в вопросах исследования движения гусеничной машины (в том числе оценки устойчивости) являются процессы взаимодействия движителя с опорной поверхностью и колебания (включая поперечно-угловые) корпуса. Эти процессы определяют реакции основания, тяговые усилия и поворачивающий момент. Учитывая вероятностный характер дорожно-грунтовых условий эксплуатации (коэффициентов суммарного сопротивления движению и сцепления движителя с фунтом) возможность движения многоцелевых транспортно-тяговых машин необходимо оценивать вероятностным показателем.

С использованием системного подхода выполнена оценка возможности повышения подвижности гусеничного транспортера-тягача МТ-ЛБ в результате его модернизации. Анализ направлений модернизации показал, что повышение подвижности возможно за счет индивидуального совершенствования основных элементов шасси: силовой установки, трансмиссионной установки, ходовой части, для каждого из которых характерна своя степень улучшения показателей. Однако, наилучший результат имеет место при сочетании технических решений по указанным элементам, обеспечивающих вполне определенное изменение значений параметров шасси.

В результате комплексной оценки мероприятий модернизации установлено, что рациональное значение максимальной теоретической угловой скорости поворота должно соответствовать 1,0...1,2 с-1. Обоснована возможность увеличения динамического хода катка до 0,39 м (путем изменения угла установки балансира) и необходимость уста-

новкк дополнительного амортизатора (аналогичного серийному) на вторую подвеску. Значение мощности двигателя модернизированного МТ-ЛБ с учетом некоторого увеличения потерь мощности в агрегатах при совершенствовании трансмиссионной установки и ходовой части целесообразно принять в пределах 220...230 кВт. Эти мероприятия обеспечат повышение подвижности на 40.. .45 %.

Обоснованы два альтернативных технических решения по модернизации трансмиссии: с многодисковыми фрикционными вариаторами и объемными гидропередачами в механизмах поворота.

Выполнены экспериментальные исследования характеристик двух образцов модернизированных МТ-ЛБ. Сравнительные испытания серийного образца и модернизированных МТ-ЛБ подтвердили основные положения теоретических исследований, правильность направлений модернизации в части моторно-трансмиссионной установки и соответствие расчетных значений параметров движения (в том числе эксплуатационных) экспериментальным данным. Оба варианта технических решений по трансмиссии показали функциональную работоспособность и возможность использования при проведении модернизации.

В результате анализа различных методов оценки эффективности многоцелевых транспортно-тяговых машин выработаны требования, с учетом которых разработана методика, основу которой составляют расчетно-экспериментальные зависимости определения технического уровня и стоимостных показателей. Технический уровень системы «человек - машина - окружающая среда» определяется с учетом показателей подвижности, комплексных показателей условий обитаемости и надежности техники относительно предельно достижимого и без потери физического смысла может быть модифицирован для решения различного рода практических задач, связанных с эффективностью разработки и эксплуатации многоцелевых транспортно-тяговых машин. В качестве критерия сравнительной оценки эффективности принята зависимость, определяющая допустимое превышение стоимости (лимитной цены) нового образца над базовым.

Выполненная оценка эффективности мероприятий для трех вариантов модернизации показала, что все рассмотренные варианты имеют величину лимитной цены превышающую ориентировочную фактическую стоимость модернизированного ооразца. Это показывает эффективность мероприятий модернизации по всем трем вариантам. В наибольшей степени цели модернизации отвечает вариант с использованием в механизме поворота МТ-ЛБ многодисковых фрикционных вариаторов при условии обеспечения теоретической угловой скорости поворота не менее 0,9 с1.

Основные положения диссертации отражены в научно-технических отчетах по НИР «Аллегория», «Трансмиттер», «Жигули» и опубликованы в следующих работах: 1. Платонов В.Ф., Володин А.Н. Модернизация гусеничных транспортно-тяговых ма-

2. Володин А.Н., Шумилин A.B. Метод определения характеристик поворота колесного транспортного средства на недеформируемом основании./ Тракторы и сельскохозяйственные машины ,№8, 1993. С. 17-19.

3. Володин А.Н., Шумилин A.B. Рациональные режимы работы двигателя и трансмиссии./ Лесная промышленность, №10, 1991. С. 27-28.

4. Володин А.Н., Шумилин A.B. Рациональные режимы работы двигателя и объемной гидромеханической трансмиссии тягово-транспортной машины./ Тракторы и сельскохозяйственные машины, №1, 1992.С. 17-18.

5. Володин А.Н., Шумилин A.B. Уточненные характеристики поворота гусеничной машины./ Тракторы и сельскохозяйственные машины , №7, 1993. С. 9-11.

6. Трансмиссия гусеничной машины. A.C. № 1527072. 1989 г. / Володин А.Н., Кувшинов В.В., Павлов В.В. и др.

7. Трансмиссия гусеничной машины. A.C. № 1643290. 1990 г./ Володин А.Н., Кувшинов В.В., Павлов В.В. и др.

шин./ Тракторы и сельскохозяйственные машины, №1, 1996. С. 33-35.