автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.03, диссертация на тему:Обоснование принципов развития перспективныхспециальных колесных шасси большой грузоподъемности

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАУЧНО - ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТРАКТОРНЫЙ ИНСТИТУТ (НАТИ)

Для служебного пользования Экз. №

На правах рукописи

Кандидат технических наук ЕЛИСЕЕВ АЛЕКСАНДР НИКОЛАЕВИЧ

Обоснование принципов развития перспективных специальных колесных шасси большой грузоподъемности

Специальность: 05.05.03 - Колесные и гусеничные машины

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва - 2001 -

Работа выполнена в Главном автобронетанковом управлении Министерства обороны Российской Федерации

Научный консультант доктор технических наук,

профессор Юрковский И.М.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Шарапов В.М., доктор технических наук, профессор Рахманов А.А., доктор технических наук, профессор Кутьков Г.М.

Ведущее предприятие - Научно-исследовательский центр

по испытаниям и доводке автомо-тотехники (НИЦИАМТ)

Защита состоится 22 мая 2001 г. в Ю00 часов на заседании диссертационного совета Д.217.012.01 при Государственном научно-исследовательском тракторном институте (НАТИ) по адресу: 125040, Москва, ул. Верхняя, 34.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НАТИ.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах с подписью, заверенной печатью организации, просим направлять в адрес ученого секретаря диссертационного совета.

Автореферат разослан 6 апреля 2001 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, к.т.н., с.н.с.

Л.В. Васильев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Коренные политические, экономические, военные и другие преобразования в Российской Федерации (РФ), их реализация в военной области во многом определяют уровень технической оснащенности Вооруженных Сил (ВС). В этих условиях проведение научно-обоснованной военно-технической политики в области развития вооружения и военной техники (ВВТ), направленной на повышение эффективности использования ассигнований, выделяемых на оборону, становится одной из главных задач обеспечения необходимого военного потенциала страны.

Одним из важнейших аспектов военно-технической политики в ВС является программное планирование (ПП) развития военной автомобильной техники (ВАТ), обоснование и разработка разделов Программ вооружения (ПВ) в части, касающейся выбора и всесторонней оценки большой группы мобильных колесных машин - автомобильных базовых шасси (АБШ) под монтаж ВВТ, которые включают в себя в свою очередь группу специальных колесных шасси (СКШ) классов грузоподъемности 14... 18 т, 20...24 т, 80т и более.

Опыт локальных войн и военных конфликтов последнего времени убедительно показывает, что основой обеспечения живучести и высокой эффективности использования комплексов вооружения и военной техники является их подвижность (мобильность). При этом диалектика развития военного искусства свидетельствует, что решение исхода боя, операции и войны в целом переносится на сухопутные театры военных действий (ТВД) и определяется в конечном итоге наличием на нем живой силы, а также подвижных (мобильных) комплексов ВВТ.

Мобильные наземные колесные транспортные машины играют весьма значимую роль в экономике и обороне страны. Используя один из эвристических методов, а именно метод "пяти элементарных вопросов", и рекомендации работ , можно следующим образом выделить группу мобильных машин входящих в объект исследования данной работы: специальные колесные транспортные средства грузоподъемностью 20т и более, базирующиеся и функционирующие на земле, обладающие произвольной маршрутностью движения и избирательно выполняющие транспортные, технологические, специально-транспортные, специально-технологические или специально-транспортно-технологические функции.

Совокупность принципов и признаков, способная характеризовать любую из реализованных и гипотетических мобильных машин, может рассматриваться как один из элементов концепции создания таких объектов на основе системного подхода. Эта концепция должна способствовать взаимному обогащению разнообразных методов создания мобильных машин и формированию относительно универсальной теоретической и практической базы разработки мобильной колесной машины соответствующего предназначения.

Независимо от концепции ведения боевых действий и назначения монтируемого вооружения и военной техники, подвижные комплексы ВВТ являются приоритетными целями для средств поражения противника. Важнейшим элементом обеспечения живучести при этом является возможность выхода их из-под удара, которая обеспечивается главным образом высокой подвижностью транспортной базы - СКШ-мобильной машины.

В перспективе США могут иметь на вооружении ряд новых систем, предназначенных для обнаружения и поражения подвижных ВВТ. Приоритетное внимание указанным вопросам в США требует проведения исследований по поддержанию необходимого уровня живучести войск в частности, подвижной группировки комплексов ВВТ 2010...2015 г.г. и далее стратегического, оперативного, оперативно-тактического и тактического назначения, возможного изменения форм и методов их применения. Последнее может быть связано также с изменением внутриполитической и криминальной обстановки, с экологическими и материальными факторами.

Анализ опыта проектирования, производства и использования автомобильной техники как АБШ под монтаж ВВТ показывает, что СКШ грузоподъемностью 20 т и более занимают особое положение в группе мобильных машин. Если подвижность ВВТ общей массой до 12...14 т можно обеспечить автомобилями многоцелевого назначения массового производства с определенной доработкой по специальным требованиям и ограничениями по областям использования, то СКШ грузоподъемностью 20 т и более проектируются или под конкретное РВ и конкретные условия использования, или используются для обеспечения подвижности широкой номенклатуры ВВТ, применяемой в самых разнообразных условиях боя, операции и войны в целом. При этом к этой группе мобильных машин предъявляются высокие требования по всей номенклатуре тактических и военно-технических эксплуатационных свойств. То есть СКШ такого класса грузоподъемности должны отвечать требованиям многоцелевого и специального назначения. Поскольку данные мобильные машины имеют широкое применение и в экономике страны, то это позволяет отнести их к машинам двойного назначения.

В период с конца 60-х годов до настоящего времени в интересах Минобороны различными организациями проведено значительное число НИОКР, посвященных созданию СКШ класса грузоподъемности 20 т и более. При этом были изготовлены и прошли различные виды испытаний множество образцов машин под ВВТ с числом осей до четырех и грузоподъемностью до 25 т. Этим был наработан огромный опыт в данной области, который до сих пор не обобщен. За последнее время на вооружение были приняты только образцы балластного тягача с колесной формулой 8x8 Брянского автозавода для буксировки тяжелых аргсистем и шасси 8x8 грузоподъемностью 24. ..25 т МКЗТ. Такое положение вызвано тем, что создание образцов с новыми качествами осуществля-

лось на базе традиционных для БАЗ, КЗКТ и МЗКТ технических решений, на основе результатов исследований по различным разрозненным направлениям, то есть без использования общей концепции развития транспортных средств данного типа, построенной на базе проведенных научных исследований.

Изучению важнейших проблем развития теории многоосных полноприводных автомобилей посвящены исследования многих авторов с момента разработки первых автомобилей до настоящего времени.

Большой вклад в решение проблем, связанных с развитие СКШ всех классов грузоподъемности, внесли Антонов A.C., Антонов Д.А., Аксенов П.В., Агейкин A.C., Белоусов Б.Н., Беккер М.Г., Брянский Ю.А., Бочаров Н.Ф., Великанов Д.П., Высоцкий М.С., Гришкевич А.И., Денисов A.B., Закин Я.Х., ЗимелевГ.В., Казарез А.Н., Кнороз В.И., Красневский Л.Г., Кольцов В.И., Литвинов A.C., Лефаров А.Х., Певзнер Я.М., Петрушов В.А., Платонов В.Ф. Полунгян A.A., Пирковский Ю.В., Смирнов Г.А., Скойбеда А.Т., Трикоз .A.A., Фаробин Я.Е., Фалькевич B.C., Фрумкин А.К., Хачатуров A.A., Шарапов В.Д., Шимков A.A. и многие другие. Исследования этих авторов являются развитием общей теории автомобиля, созданной Чудаковым Е.А..

Усилиями указанных авторов разработана теория и методы расчета конструкции и прогнозирования параметров эксплуатационных свойств многоосных мобильных машин общей массой до 100 т. Однако полностью распространить эту теорию на перспективные СКШ нельзя и неправомерно в силу следующих причин:

положения существующей теории ориентированы на использование традиционных для советского машиностроения технических решений: обычных схем компоновки (без использования принципов модульного конструирования), схем моторно-трансмиссионной установки (МТУ) в составе дизельного двигателя и механической (гидромеханической) трансмиссии (без учета развития силовых установок на новых физических принципах;), схем ходовой части на основе пассивной независимой торсионной или пневмогидравлической подвески, схем рулевого управления на основе электрогидравлического привода и т.п.;

усложнение конструкции СКШ, в то время как возможности человека (водителя) ограничены и не позволяют обеспечить необходимого качества управления (реализации всех заложенных в конструкцию машины технических возможностей), требует использования процессов автоматического (автоматизированного) управления. Постановка задачи для разработки требований к общей системе автоматизированного управления движением (САУД) машины и к САУ ее агрегатов и систем существующей теорией сформулирована только в общем виде.

Исследованиями ряда научно-исследовательских организаций и ВУЗов (МИТ, 21 НИИИ AT, 3 и 4 ЦНИИ, ВАТТ, академий БТВ и им. Петра Великого, МГТУ им. Н.Э. Баумана и др.), заводов промышленности (МЗКТ, КЗКТ, БАЗ),

теория многоосных СКШ класса грузоподъемности 20 т и более дополнена по отдельным составляющим без соответствующего обобщения применительно к ним.

Исследования по отдельным разделам теории мобильных колесных машин носят причинно-следственный характер. Это означает, что в методологическом плане такие исследования относятся к работам анализа, поскольку содержащиеся в них рекомендации по выбору характеристик и параметров машин получены путем сопоставительного анализа. То есть, теорией изучаются изменения эксплуатационных свойств машин при изменении их конструктивных параметров и эксплуатационных факторов.

Вместе с тем современный уровень познания действительного процесса движения колесных машин достиг такого положения, когда использование прежней методологической основы (анализа) ведет к углублению лишь отдельных вопросов теории, но не позволяет обосновать оптимальные комплексные характеристики и параметры машин, их узлов и систем. В такой обстановке исследователи и конструкторы вынуждены полагаться на собственный опыт, на сложившиеся в фирме (заводе-изготовителе) традиции проектирования, на имеющиеся машины-аналоги. Все это, в конечном счете, ограничивает возможности планирования и поиска перспективных конструктивных решений для новых машин, методология создания которых во многом продолжает оставаться по принципу - "от прототипа".

Необходимость дальнейшего совершенствования СКШ грузоподъемностью 20т и более требует иного подхода к изучению их эксплуатационных свойств. Такой подход может быть сформулирован как создание управления эксплуатационными свойствами путем разработки новых узлов и систем машин с задаваемыми управляемыми характеристиками.

Таким образом, существует и требует своего решения актуальная научная проблема разработки научных направлений планирования НИОКР, принципов развития, создания и оценки эффективности специальных колесных шасси для монтажа и транспортировки длинномерного оборудования, разрешающих существующее противоречие между потребностями войск и экономики страны в средствах подвижности ВВТ и оборудования двойного применения грузоподъемностью 20т и более для подвижной группировки ВС РФ 2010...2015 г.г. и теоретическим обоснованием разработки этих шасси с требуемыми эксплуатационными свойствами на отечественной промышленной базе.

Решение этой проблемы тесно увязано с Основными направлениями развития вооружения и военной техники на 1996...2005 г.г. и до 2015 г., а также Программой вооружения на 2001...2010 г.г. (в части военной автомобильной техники).

Актуальность проблемы обусловлена факторами оперативно-тактического, тактико-технико-экономического и научного характера.

Развитие теории и совершенствование конструкции машин взаимосвязаны. Поэтому концепция включает в себя систему взглядов (основные принципы) на совершенствование конструкции, так и на основные направления ведения НИОКР по ее развитию.

Предлагаемый в данной работе подход направлен на достижение оптимальных параметров, характеристик узлов и систем машин, которые как удовлетворяли бы критериям различных эксплуатационных свойств, так и учитывали бы их взаимное влияние. Исходя из этого, автором в работе сделан упор на развитие концепции создания специальных колесных шасси грузоподъемностью 20 т и более на основе системного подхода и предлагаемой теории как составляющей этой концепции, а также разработке научно обоснованных направлений НИОКР для ее реализации.

При разработке концепции развития рассматриваемого класса специальных колесных шасси использованы значения основных показателей, заложенных в Концепции развития ВАТ, которая предусматривает в перспективе повышение технического уровня и эффективности использования в 1,5...2,0 раза, в том числе путем:

повышения подвижности в 1,3... 1,4 раза; повышения готовности к применению в 1,3... 1,5 раза; роста уровня унификации в 1,15... 1,3 раза.

С учетом многофакторности крупной, имеющей важное народнохозяйственное и оборонное значение проблемы, целью настоящей диссертационной работы является разработка и обоснование концепции создания, развития и оценки эффективности перспективных СКШ грузоподъемностью 20т и более на основе нетрадиционных технических решений для подвижной группировки войск ВС РФ 2010. ..2015 годов и теоретическое обоснование разработки таких транспортных средств с требуемыми эксплуатационными свойствами на отечественной промышленной базе.

Областью исследования данной работы следует считать исследование возможностей и путей совершенствования существующих и создания новых образцов специальных колесных шасси под монтаж оборудования подвижного наземного вооружения, а также совершенствования методов планирования развития и оценки параметров их ТТХ на стадии проектирования.

В качестве предмета исследования в диссертационной работе приняты общие принципы создания, развития, совершенствования и оценки конструкции СКШ грузоподъемностью 20 т и более.

Основные задачи, вытекающие из современного состояния поставленной проблемы, в соответствии с целью исследования, состояли в следующем:

провести анализ теории и практики развития, конструирования и оценки эффективности предлагаемых промышленностью технических решений специальных колесных транспортных средств;

разработать основные принципы построения общей компоновки пер-

спективных СКШ грузоподъемностью 20 т и более;

разработать основные принципы формирования технического облика и уровня тактико-технических характеристик (ТТХ) силовых установок перспективных СКШ и направления ведения НИОКР по их реализации;

разработать основные принципы формирования технического облика и уровня ТТХ трансмиссий перспективных СКШ и направления ведения НИОКР по их реализации;

разработать основные принципы построения системы автоматизированного управления движением СКШ и направления ведения НИОКР по их реализации;

уточнить методику оценки эффективности предлагаемых промышленностью технических решений на стадиях проектирования СКШ;

обосновать основные направления дальнейшего развития конструкции СКШ грузоподъемностью 20 и более т;

обосновать общие тактико-технические требования (ОТТТ) к СКШ грузоподъемностью 20 т и более для подвижной группировки войск 2010...2015 гг.;

на базе предложенных направлений дальнейшего развития и исследований по совершенствованию объекта исследований данной работы сформировать предложения в Государственную программу вооружения 2001 ...2010 г.г. и план НИОКР ГАБТУ МО РФ, в части касающейся рассмотренного класса мобильных машин.

Методы исследования. Выполненные в работе исследования базировались на основных положениях фундаментальных теорий механики, автомобилей, инженерного эксперимента на основе общей методики системного синтеза и анализа. В данной работе нашли применение логический метод, синтез, анализ и математическое моделирование с использованием аппарата математической статистики и теории вероятностей.

Достижение поставленной цели и решение научных задач диссертационной работы обеспечено на основе обобщения материалов работ, выполненных по заказу научно-технического комитета ГЛАВТУ, а затем и ГАБТУ Минобороны СССР и России, 21 НИИИ (АТ) МО РФ, 3 и 4 ЦНИИ МО РФ, ГНЦ НАМИ, МЗКТ, АО "Русич-КЗКТ", Московским институтом теплотехники, АО "БАЗ", кафедрой М10 МГТУ им. Н.Э. Баумана и другими организациями в период с 1970 по 2000 г.г., в том числе с участием автора, а также обобщения опыта, накопленного автором в процессе многолетнего участия в отработке тактико-технических требований, в организации исследований и испытаний многоосных СКШ под монтаж ВВТ.

Новизна полученных результатов работы при решении вышеуказанной проблемы заключается в том, что в ней:

впервые для исследования направлений дальнейшего совершенствования мобильных колесных машин класса грузоподъемности 20 т и более использован

Расчет подвижности СКШ разделяется на две части. В первой из них формируется представительный маршрут или задается какой-либо конкретный реальный маршрут по результатам его измерений. Во второй части моделируется движение СКШ по маршруту (рис. 2).

Модель движения учитывает тяговую динамику, устойчивость и маневренность, проходимость, плавность хода (система уравнений 1...4). Для наиболее полного описания движения многоосных шасси рассчитываются текущие кинематические и динамические характеристики шасси с помощью численного интегрирования дифференциальных уравнений, описывающих основные составные части шасси, их взаимодействие между собой и с дорожной поверхностью.

Отдельные математические модели свойств многоосных шасси подключаются к расчету одновременно все или выборочно в зависимости от дорожных условий: наличия поворотов, состояния поверхностей дорог. Для этого осуществляется анализ параметров маршрута на каждом последующем участке. На маршруте скорость движения шасси поддерживается максимальной по техническим возможностям СКШ, а также по условиям безопасности движения.

Управление скоростью движения в математической модели производится с помощью блока ограничений скорости. Данные о текущих значениях координат шасси и их производных, а также силовых факторах, получаемых в ходе расчета движения, позволяют определять в каждой точке маршрута приемлемость текущей скорости движения для обеспечения безопасности шасси и перевозимого груза. При действии ограничений скорость движения снижается путем принудительного притормаживания с фиксированным замедлением до скорости, при которой все ограничения отсутствуют.

Расчетные схемы для систем дифференциальных уравнений (1...4) представлены на рис. 3,4.

Основным уравнением динамики, моделирующим движение СКШ в продольном направлении, является известное дифференциальное уравнение вида:

Исходные данные маршрута

Макропрофиль дорог Радиусы и углы поворота Параметры поверхностей дорог Микропрофиль дорог

1 ' 1 ' 1

Математическая модель маршрута

Уклоны

Кривизна в плане

Поверхности дорог

Микропрофили дорог

Объединение реализаций и разделение на участки

Исходные данные конструкции СКШ

Параметры массы, размерные параметры Параметры МТУ Параметры ходовой части Параметры рулевого управления

г ' ' 1 *

Математическая модель движения СКШ

Анализ

участков

маршрута

- Тяговая динамика *— ж

Ограничения скорости

Плавность хода

т

Результаты расчета: текущая скорость движения; средняя скорость движения по всему маршруту, на каждом участке, на различных типах дорог; информация о причинах снижения скорости.

Проходимость

■ Устойчивость и маневренность

Рис. 2. Структурная схема последовательности расчетов подвижности СКШ

Модуль 4-го уровня

Рис. 6. Пример иерархического построения конструкции мобильной машины типа СКШ

Рис. 7. Основные этапы по комплексной унификации СКШ

Рис. 8. Структура решения проблемы обоснования выбора элементной базы модулей

унифицированный ряд.

Разработка взаимосвязанных типоразмерных и конструктивно-унифицированных рядов осуществляется на основе единого параметрического ряда значений главного параметра изделий. При этом число базовых моделей типоразмерного или конструктивно-унифицированного рядов изделий не может превышать числа членов параметрического ряда значений главного параметра изделий.

При построении параметрических рядов технических объектов в общем случае определяются: номенклатура объектов; номенклатура их параметров; главный параметр.

Главный параметр выбирается из определенной номенклатуры параметров.

Постановка задачи оптимизации параметрического ряда сводится к следующему. Из всех возможных ¡вариантов параметрического ряда выбирается такой, в котором значения главного параметра удовлетворяют потребителя изделий при их максимальной эффективности. Под оптимальным параметрическим рядом изделий машиностроения понимается такой ряд, который отвечает известным требованиям.

В практике построения параметрических рядов используются различные критерии оптимизации. При построении параметрических рядов изделий машиностроения в качестве такого критерия наиболее часто используются суммарные затраты на разработку, производство и эксплуатацию изделий.

Задача формирования высокоунифицированных семейств сводится к установлению требований к главному параметру и определению необходимого количества типоразмерных рядов СКШ,. для удовлетворения потребностей войск в шасси под монтаж ВВТ и другого оборудования. При этом число типоразмерных рядов должно быть минимальным.

Рассмотрим метод формирования типоразмерного ряда СКШ, который базируется на возможностях реализации конструктивно-компоновочных схем машин в рамках унифицированных типоразмерных рядов с учетом обеспечения для них требуемой подвижности и необходимой грузоподъемности.

Исследования и сложившаяся практика конструирования показывают, что базовые модели СКШ могут создаваться как унифицированные типоразмерные ряды (УТРР) на единых узлах и агрегатах, если они имеют одинаковую нагрузку на ось и отличаются колесной формулой. Практически для всех колесных машин в пределах УТРР колесная формула принимается 6x6, 8x8 и т.д., при этом УТРР может включать от одного до трех типоразмеров. Полные массы типоразмеров каждого УТРР определяются по выражению:

Мк = Ч-к, (5)

где Мк — полная масса типоразмера с числом осей К; я - нагрузка на ось в дан-

ном УТРР.

Определение величины предельной нагрузки на ось зависит от условий применения машины и удельной статической нагрузки на шину в пятне контакта ее с опорной поверхностью. Ранее для СКШ была установлена предельная нагрузка на ось до Ют, что ограничивалось условиями проходимости армейских машин. В последние годы автомобили этого типа все чаще стали оснащаться широкопрофильными шинами, в результате чего при сохранении допустимых значений удельного давления в пятне контакта нагрузка на ось возросла до 15,0-16,0 т. Таким образом, предельное значение полной массы колесной машины 8x8 может составить 40,0-64,0 т.

Грузоподъемность вг каждого образца типоразмерного ряда определяется через коэффициент использования массы:

Ог = Мк-Ким . (6)

Анализ результатов исследований показывает, что изменение К™ можно описать линейной зависимостью в функции Мк, типа

Ким = а + в • Мк ,

где а, в - коэффициенты, получаемые при статистической обработке информации.

Далее подход к выбору типоразмерных рядов следующий. До реализации предельной осевой нагрузки 10,0-16,0 т за основу базового типоразмера понимаются грузоподъемности СКШ с колесной формулой 6x6. Их ступенчатость выбирается из необходимости удовлетворения потребностей грузоподъемно-стей ВС, сложившейся практики и др. Наиболее распространенными классами грузоподъемности по опыту мирового автомобилестроения являются: 15; 20, 25; 20-25 и 40 т.

Если за модуль принять автомобиль 4x4, осевые нагрузки которого не превышают 10,0 т, то мотуг создаваться модели с колесной формулой 6x6 и 8x8 с целью увеличения грузоподъемности. Примеры таких машин в отечественной и зарубежной практике имеются. В этом случае полная масса каждого последующего типоразмера выбирается из условия:

Л. Мк(4х4)

Мк~—2 ()

После этого устанавливается возможная грузоподъемность автомобилей 6x6 и 8x8 с учетом статистических данных по изменению:

Огк = Мк ■ КцМ1С = Мк ■ (а + в). (8)

Для построения системы УТРР всего типоразмерного ряда используется принцип равенства грузоподъемности у двух базовых типоразмеров соседних УТРР с различной колесной формулой. В данном подходе принято следующее условие:

О Г1 = , (9)

где 0™=1 - грузоподъемность базового типоразмера (т+1)-го УТРР с числом

осей К; 0™+] - грузоподъемность базового типоразмера ш-го УТРР с числом осей К+1; т - порядковый номер УТРР.

УТРР с большим порядковым номером включает машины с большей полной массой и нагрузкой на ось.

Использование рассматриваемого принципа объясняется тем, что наиболее полное удовлетворение потребностей (в данном случае в грузоподъемности) может быть обеспечено шасси с различной колесной формулой и, следовательно, с различными проходимостью и монтажными характеристиками с учетом назначения монтируемого ВВТ и условий его боевого .применения. В рассматриваемом подходе грузоподъемность шасси с колесной формулой 8x8 низшего ряда определяется через полную массу соответствующего по грузоподъемности образца высшего ряда.

мкт+1 = м™+1 —^г5--ч (Ю)

к

Т1ТТ„ _»*т+1 имбхб . ту-т _мга+1 14им4x4 п п ИЛИ = М6хб ----, К6х6-М4х4--- . (11)

^ им 8x8 им 6x6

Расчеты по формулам (5... 11) позволяют определить полные массы и грузоподъемность всех возможных высокоунифицированных семейств (типоразмеров) СКШ, входящих в систему УТРР в качестве АБШ.

Для СКШ в качестве главного, параметра принимаются грузоподъемность, или максимальная нагрузка на ось, или максимальная полная масса.

В связи с этим в качестве главного параметра в типоразмерном ряду СКШ целесообразно принимать грузоподъемность.

Такой типоразмерный ряд может корректироваться в первую очередь исходя из необходимости в удовлетворении определенных потребностей заказчика.

В табл. 1 и 2 приведены результаты, расчетов по определению возможных типоразмерных рядов базовых моделей колесных машин, их полных масс и грузоподъемностей с учетом потребностей войск в СКШ, условий их боевого применения (для выбора колесной формулы при одинаковых или близких гру-зоподъемностях) и целесообразности реализации различных конструктивно-компоновочных схем с использованием единых узлов и агрегатов.

При этом в табл. 1 приведены результаты расчетов для СКШ, с учетом их оборудования шиной модели ВИ-203, имеющей размерность 1500x600-635 и обеспечивающей осевую нагрузку 11,5 тс, а в табл. 2 — шиной модели ВИ-178 АУ, имеющей размерность 1600x600-685 и обеспечивающей осевую нагрузку 15,0 тс.

Основные параметры типоразмерных рядов СКШ с осевой нагрузкой 11,5 тс

Таблица 1

Номер 6x6 8x8 12x12

УТРР М„ т бг.г Мк, т вг,т Мк, т вит

не более не менее не более яе менее не более не менее

33,5 14,0 45,5 22,0 69,0 35,0

1 29,0 14,0 43,0 22,0 69,0 35,0

2 32,0 17,0 45,0 24,0 - -

3 33,0 18,0 - - - -

Основные параметры типоразмерных рядов СКШ с осевой нагрузкой 15,0 тс

Таблица 2

Номер 8x8 12x12 16x16

УТРР М«,т Сг, т М„т Иг.т М„т Сг> т

не более 60,0 не менее 35,0 не более 80,0 не менее 55,0 не более 120,0 не менее 85,0

1 60,0 35,0 80,0 55,0 120,0 80,0

Анализ данных табл. 1 с позиций допустимых осевых нагрузок и полных масс шасси показывает, что в 1-3 УТТР целесообразно при формировании общего типоразмерного ряда СКШ ограничиться тремя типоразмерами для машин с колесной формулой бхб, двумя типоразмерами для машин - 8x8 и одним типоразмером для машин - 12x12. В свою очередь из данных табл. 2. следует, что в пределах 1 УТРР достаточно ограничиться одним типоразмером для машин с колесными формулами 8x8,12x12 и 16x16. Кроме того, с учетом равенства грузоподъемности машин 12x12 и 8x8 в табл.1 и 2 и, принимая во внимание реальные массово-габаритные характеристики монтируемого ВВТ, целесообразно шасси 12x12 с осевой нагрузкой 11,5 тс из УТРР исключить.

С учетом изложенного типоразмерный ряд, построенный на основе использования высокоунифицированных семейств СКШ должен иметь вид:

14,0...18,0; 22,0...24,0; 35,0; 55,0 и 80 и более тонн.

Коэффициент ряда равен 1,57.

По результатам исследования данной главы предложен реальный модульный ряд для будущих НИОКР.

В четвертой главе приводится обоснование общего уровня энерговооруженности СКШ и требований к силовым установкам (СУ) перспективных мобильных колесных машин грузоподъемностью 20т и более. Сформулирована единая система требований к силовым установкам с учетом тенденций отечественного и мирового двигателестроения, а также рассмотрены альтернативные источники энергии и перспективы их применения в качестве энергоустановок

скш.

В мировой практике двигателестроеиия в последние годы наметилась тенденция создания многоцелевых двигателей и стремление сократить число разработок специализированных конструкций.

Среди причин, способствующих возникновению необходимости в создании многоцелевых транспортных дизелей, можно выделить следующие: с одной стороны наличие значительного научного задела, который в сочетании с высоким уровнем технологии в области двигателестроения позволяет решать несколько функциональных задач на базе одной универсальной конструкции двигателя, а с другой - сокращение объемов военных заказов, когда производство чисто военных двигателей становится экономически нерентабельным. При этом, очевидно, что косвенным путем создаются скрытые резервы промышленных мощностей, способные в кратчайшие сроки (1,5-2,0 месяца) быть легко переориентированными на выпуск необходимого количества двигателей уже для объектов военной техники.

Из анализа состояния и развития отечественного и зарубежного двигателестроения на объектах ВАТ следует, что в ближайшем будущем преимущественно будут использоваться дизельные двигатели с традиционными конструктивными решениями и компоновочными схемами.

Лучшие образцы зарубежных автомобильных дизелей имеют литровую мощность порядка 23-50 кВт/л и минимальный' удельный расход топлива от 192 до 202 г/(кВт/ч). Данные показатели достигаются повышением КПД рабочего цикла за счет повышения максимального давления сгорания топлива, при этом лучшие дизели мировых фирм с мощностью 200-450 кВт имеют среднее эффективное давление до 1,6 МПа.

Лучшие перспективные отечественные двигатели имеют на сегодняшний день удельный расход топлива 203-217 г/(кВт/ч), что на 5-12 % выше, чем у зарубежных аналогов.

Проблема создания СУ в НИОКР, отвечающей современным требованиям, предъявляемым к СКШ должна, рассматриваться в следующих направлениях: разработка и создание дизелей большой агрегатной мощности; применение многодвигательных установок с использованием серийно выпускаемых дизелей; разработка и создание автомобильных газотурбинных двигателей.

В основе решения этих проблем лежит совершенствование поршневых двигателей различного типа с последовательным переходом в последнее время к высокофорсированным турбопоршневым дизелям.

Основные направления совершенствования СУ перспективной военной техники должны быть ориентированы на применение дизелей с газотурбинным наддувом и охлаждением наддувочного воздуха, повышение их энергетических свойств путем увеличения степени форсирования рабочего процесса и улучшения эффективности энергопреобразования во всем поле эксплуатационных ре-

жимов, а также за счет роста стойкости деталей силовых механизмов к тепловым и механическим нагрузкам, обеспечивающих высокую безотказность и рациональный ресурс двигателей.

Достижение рациональных значений показателей энергетических свойств не предусматривает создания специальных энергонасыщенных силовых установок для СКШ. Выполнение указанных требований может быть достигнуто путем доработки базовых моделей дизелей народнохозяйственной техники. При этом главным направлением такой доработки должно стать применение газотурбинного наддува, улучшение использования энергии отработавших газов и повышение среднего эффективного давления рабочего процесса двигателя до величины, гарантированно обеспечивающей требуемый уровень безотказности и ресурса в экстремальных условиях войсковой эксплуатации.

Для соответствия основных характеристик двигателей отечественной ВАТ, в том числе СКШ, уровню двигателей ведущих фирм мира необходимы: введение регулируемого наддува с охлаждением наддувочного воздуха; разработка и освоение производства ТКР с высоким КПД; применение топливной аппаратуры с высокими энергиями впрыскивания топлива и совершенствование системы ее управления; снижение массово-габаритных показателей за счет прогрессивных технологий, применения новых материалов и конструкторских решений; разработка и внедрение электронных систем управления; разработка двигателей, позволяющих в народнохозяйственном исполнении удовлетворять экологическим нормам.

Использование современных отечественных автомобильных дизельных двигателей семейства ЯМЗ-840 на период до 2010 г. может обеспечить достаточный уровень энерговооруженности, и как следствие, высокие тягово-динамические свойства для шасси класса грузоподъемности 22. ..24 т с колесной формулой 8x8, в то время как .удельная мощность СКШ полной массы 80 и более т с колесной формулой 16x16 и более значительно ниже необходимого уровня энерговооруженности, что предопределяет невыполнение перспектив-, ных требований к тягово-скоростным свойствам таких шасси.

Таким образом, на СКШ классов грузоподъемности 14... 18т и 22...24 т до 2010 года будут применяться в основном традиционные, с существенно улучшенными параметрами дизели. Модификации этих дизелей в виде адиабатных, турбокомпаундно-адиабатных и двигателей с переменной степенью сжатия будут проходить опытную разработку и доводку.

Создание альтернативных источников энергии типа ЭУ с электрохимическим генератором (ЭХГ) и энергетических систем металл-воздух (железо-воздух, цинк-воздух и алюминий-воздух) и других в качестве силовых установок специальных колесных шасси грузоподъемности 20 и более т, предназначенных для монтажа и транспортирования видов оружия, основанных на применении новых физических принципов, является актуальной проблемой и при этом

следует учитывать (при задании и формировании новых НИОКР), что специфика такого оружия делает применение новых типов ЭУ вполне вероятным, а в некоторых случаях и необходимым.

Пятая глава посвящена разработке основ синтеза трансмиссии СКШ как энергопередающей и энергопреобразующей системы на базе результатов исследования электрических систем передачи мощности к колесному движителю. Обоснованы технические требования к электрическим трансмиссиям.

Низкая эффективность использования традиционных трансмиссий на шасси такого типа была подтверждена результатами испытаний, в ходе которых были получены. крайне низкие значения показателей тягово-скоростных свойств, опорной проходимости и других важнейших технических характеристик СКШ.

Использование ГМП хотя и подняло на качественно новый технический уровень конструкцию СКШ в плане снижения нагруженности трансмиссии и улучшения условий работы водителя, однако не решило проблему индивидуального подвода мощности к колесам в зависимости от условий их качения.

Поэтому одним из важнейших факторов повышения подвижности СКШ является совершенство схемы трансмиссии.

При повышении мощностей СУ СКШ более 600 кВт трудно создать механические и гидромеханические трансмиссии с высокими технико-экономическими показателями. Поэтому с ростом мощности, грузоподъемности, а как следствие и числа осей, необходимы нетрадиционные технические решения и качественно более совершенные методы преобразования, распределения и передачи энергии в трансмиссиях СКШ, особенно класса грузоподъемности 80 тонн. Все это привело к тому, что в настоящее время в стране и за рубежом ведется поиск нетрадиционных для автомобилестроения гибких типов трансмиссий для СКШ.

Важнейшим из всего многообразия нетрадиционных технических решений является разработка и применение на СКШ электрических трансмиссий (ЭТ).

Преимущества ЭТ как гибкой трансмиссии предопределили возможности широкого использования ЭТ на различных транспортных средствах.

Вместе с тем, при проектировании и изготовлении ЭТ для СКШ выявился ряд существенных недостатков: работы по созданию ЭТ велись, в основном, в направлении приспособления существующих конструкций электроагрегатов, спроектированных без полного учета характера и режимов эксплуатации шасси; ТТТ к шасси с ЭТ задавались по принципу "не хуже", чем у шасси аналогичной грузоподъемности с ГМП.

Анализ недостатков ЭТ, использованных на макетных образцах, позволяет сделать вывод о недостаточной глубине теоретических проработок для создания ЭТ автомобильного типа с учетом особенностей условий использования

СКШ, а традиционный подход к разработке ГМП и механических трансмиссий для шасси на примере шасси 7904, 7906 и 7930 еще раз убеждает, что от него необходимо отказаться.

Основным препятствием для широкого внедрения ЭТ на колесных машинах является отсутствие достаточно обоснованных и отработанных технических требований к трансмиссиям этого типа. Кроме того, разработка и создание ЭТ для колесных машин выполняется двумя различными по своему профилю областями науки и техники (автомобилестроение и электромашиностроение).

Таким образом, дальнейшее развитие СКШ связано с созданием гибких трансмиссий с использованием новых способов распределения и передачи энергии. При этом трансмиссия должна обеспечивать рациональную индивидуальную передачу мощности к каждому колесному движителю в зависимости от условий его движения для максимальной реализации крутящего момента. Главная задача теории автомобиля в этом процессе заключается в разработке законов (принципов функционирования) передачи мощности от силовой установки к колесному движителю, а также на их базе общих технических требований (OTT) к гибким схемам трансмиссии. Конструктивная реализация этих OTT невозможна без интеграции соответствующих областей науки и техники.

В общем виде расчетная схема включает две основные составные части -энергоустановку (ЭУ) и ЭТ (рис. 9).

Входным параметром ЭУ является положение задающего органа управления подачей топлива (hT), выходным - частота вращения выходного вала ЭУ (Шд). В качестве обратной связи используется момент нагрузки (Мн), зависящий от режима работы ЭТ.

Внутренняя структура ЭУ представлена двигатель-генераторной установкой (ДГУ) и регулятором подачи топлива (РПТ). Входным сигналом для РПТ является положение задающего органа управления подачей топлива (hT), а выходным - часовой расход топлива (QT). В качестве обратных связей используется: частота вращения выходного вала ДГУ (шл), часовой расход топлива (QT) и скорость его изменения (QT) и характеристика затухания регулятора (§р).

Д ля ДГУ входным параметром является расход топлива (QT), а выходным - угловая частота вращения выходного вала (Од). Обратной связью служит момент нагрузки (М„) от ЭТ, который представляет собой сумму моментов тяговых электродвигателей (ТЭД).

Структурно ЭТ состоит из электромотор-колес (ЭМК), преобразователя частоты (ПЧ), блока управления магнитным потоком (БУМП), блока корректировки частоты (БКЧ) и блока вычисления скольжения в ТЭД (БВС). Основным объектом управления в ЭТ является тяговый электродвигатель (ТЭД).

Режимом работы ТЭД управляют посредством регулирования угловой частотой вращения магнитного поля статора электродвигателя, которую опре-

Мн

РПТ

/и

..ггттз

ДГУ

ЭУ

Рис. 9. Расчетная схема электрической трансмиссии

Мн,

M„J

ЭТ

МЯ|

БУМП F»ni f

I

пч

X

-Г V

Iх--3-

Fsint

Г л

ТЭД

МГ:

эмк

Мц

к р

COkl

-ГЛ.

БКЧ

Affin

i

Ш|<„

1 - скольжение в асинхронном двигателе; 2 - момент ТЭД; 3 - частота вращения выходного вала ДГУ; 4 - расход топлива первичного двигателя; 5 - скорость движения шасси; 6 - передаточное число преобразователя частоты; 7 - магнитный поток в ТЭД.

Рис. 10. Характер изменения параметров при разгоне шасси с ЭТ

я

т

X

30 --

20 --

13

Г

1 14

-10

13

156

147 158

129

140

141

1«

143 С 1<4

1 - частота вращения первого правого колеса; 1 - частота вращения первого левого колеса; 3 - момент первого правого ТЭД; 4 - момент первого левого ТЭД.

Рис. 11. Реакция ЭТ на ступенчатое уменьшение коэффициента сцепления под первым правым колесом (с ср=0,7 до <р=0,05) при движении шасси на подъем

2

I -*-

1 - скольжение в первом правом асинхронном двигателе; 2 - передаточное число преобразователя частоты первого правого асинхронного двигателя; 3 - магнитный поток на первом правом асинхронном двигателе; 4 - скольжение в первом левом асинхронном двигателе; 5 -передаточное число преобразователя частоты первого левого асинхронного двигателя; 6 -магнитный поток на первом левом асинхронном двигателе.

Рис. 12. Реакция ЭТ на ступенчатое уменьшение коэффициента сцепления под первым правым колесом (с ср=0,7 до ф=0,05) при движении шасси на подъем

В традиционных типах трансмиссий (например, механической с симметричным дифференциалами) в таких условиях следовало бы ожидать "раскрутку" колесного движителя, попавшего на опорную поверхность с низкими сцепными свойствами, и падения крутящего момента на остальных колесных движителях, в то время как в ЭТ этого не происходит. Угловые скорости правого и левого колесных движителей (кривые 1 и 2) остаются одинаковыми.

Описанная реакция ЭТ на изменившиеся условия произошла вследствие совместной работы контуров управления передаточными числами и магнитными потоками. На рис. 12 видно, что в правом ТЭД, колесо которого попало на скользкую поверхность, резко снизилось скольжение (кривая 1). Это вызвало снижение передаточного числа (кривая 2) и магнитного потока (кривая 3), что обеспечило, в конечном итоге, значительное снижение крутящего момента, подводимого к правому колесу, попавшему в неблагоприятные условия. В то же время, некоторое увеличение скольжения на левом ТЭД (кривая 4) вызвало соответствующее увеличение в нем магнитного потока (кривая 5) и передаточного числа (кривая 6).

Ха

Тот а — 7м

■ Х/^Ч- ^-Чк'- ■ч

Кп Ъу

У "'-"О^ '-- ;> ' У

Скорость 10 км/ч гц

Скорость 50 км/ч

Скорость 30 км/ч

гц

Скорость 70 км/ч

Скорость 90 км/ч

Скорость 110 км/ч

Максимальные значения: 2цт, гн - вертикальных ускорений в дентре тяжести и носовой часта; Д- ход подвески; у и ср - поперечного и продольного угла наклона шасси; У - поперечного перемещения центра тяжести; Кп - коэффициента перераспределения сил в подвеске; Тот - времени отрывов колес шасси Рис. 15. Влияние горизонтальных участков упругой характеристики на показатели колебаний шасси (неровность 0,3 м)

На диаграммах имеется восемь осей, на которых отложены основные оценочные показатели колебаний. Внешние окружности диаграмм отмечают

значения оценочных показателей для подвески с упругой характеристикой, не имеющей горизонтальных полок, которые приняты за 100%. В случаях, если оценочные показатели исследуемой подвески снижаются по сравнению с аналогичными показателями штатной подвески, то их значения будут находиться внутри внешней окружности. В противном случае значения оценочных показателей будут находиться за пределами внешней окружности. Концентрическими окружностями на осях отмечены уровни оценочных показателей в 10, 20, 30,...90 и 100%. Полученные в результате расчетов оценочные показатели отмечены на осях точками средних значений и окружностями вариаций значений для семейства упругих характеристик.

Из-за применения в длинноходовых С-образных подвесках упругих характеристик с горизонтальными полками максимальные значения оценочных показателей в среднем снижаются: вертикальные ускорения в центре тяжести шасси '¿ш - на 30. ..50%; вертикальные ускорения в носовой части, в месте размещения экипажа '¿„ - на 40...60%; хода подвески А - на 10...30%; угол бокового крена корпуса шасси 7 - на 40...50%; угол продольного перемещения шасси <р - на 20...50%; поперечное перемещение центра тяжести шасси у1П - на 30...60%; коэффициент динамичности Кд - на 50...60%; время отрывов колес от опорной поверхности Тот - на 10.. .40%.

В сфере управления жесткостными параметрами длинноходовых Сообразных подвесок найден эффективный режим, который позволяет существенно (в среднем на 30...40%) снизить значения основных оценочных показателей колебаний многоосного шасси при переезде единичных препятствий. Система управления должна в движении распознавать случаи переезда единичных препятствий и переключать подвеску СКШ на упругую характеристику с горизонтальными полками. В случаях движения по косогорам, очевидно, режим управления подвески с горизонтальными полками упругой характеристики должен автоматически отключаться в связи с опасностью опрокидывания.

В ходе исследований была получена обобщенная диаграмма (рис. 16), дающая широкие возможности определения при заданных величинах преодолеваемой неровности необходимых значений жесткостей и динамического хода подвески, а при заданной жесткости - необходимого динамического хода подвески и максимальной высоты преодолеваемой неровности.

Диаграмма рис. 16 может использоваться следующим образом: если задана высота неровности, то на пересечении горизонтали, соответствующей этой высоте на шкале с линией, например, Р3к (на неровности 3-е наиболее нагруженное колесо), определяется максимальное значение жесткости

0,9 0,8 0,7

0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0

1 1 | 1 1 ■ ! 1 __ "

■2Т1

3 1

1 4 — > £ |

5 1 _ 16 [у - |

\ 1 г« < ■

7 А"

X и у

1 "Х, 1/ г [ 1

500 ЙШ

400

200

100

(-40 си

•50

-60 ^

70 80 -90 -100 -НО 120

100 200 300 400 500 600 700 Сп-►

80О *Н/м 900

линии 1-4-Д; линии 5-8 - Б; на неровности: 1,5-3-е колесо; 2, б - 3 ось; 3, 7 - 2 и 3 колесо; 4,8-2и3 оси.

Рис. 16. Обобщенная диаграмма

подвески, а на пересечении вертикали, соответствующей этой жесткости, с линией Д3к - значение относительной деформации подвески, после чего необходимый динамический ход подвески определяется по формуле:

5, А

£

(26)

где - вертикальная деформация 1-ой подвески;

если задана жесткость подвески, то на пересечении вертикали соответствующей этой жесткости, с линией Р3к определяется максимальная высота неровности, которую можно преодолеть при заданной жесткости, а на пересечении этой вертикали с линией А3« - значение относительной деформации подвески, по которому с помощью зависимости (26) определяется динамический ход подвески.

С использованием обобщенной диаграммы установлено, что системы подрессоривания с длинноходовой С-образной подвеской должны иметь еле-

дующие значения параметров характеристики: для высот неровностей 0,2 м жесткость подвески должна обеспечивать частоту собственных вертикальных колебаний в интервале от 0,8 до 1,4 Гц. Хода подвески соответственно этим границам интервала должны составлять ± 350 мм и ± 200 мм. Величина дорожного просвета должна составлять не менее 0,43 м; для высот неровностей 0,3 м жесткость подвески должна обеспечивать частоту собственных вертикальных колебаний около 1 Гц. Хода подвески должны составлять ± 450 мм. Величина дорожного просвета должна составлять не менее 0,56 м; для высот неровностей 0,4 м жесткость подвески должна обеспечивать частоту собственных вертикальных колебаний не более 0,8 Гц. Хода подвески должны составлять ± 500 мм. Величина дорожного просвета должна составлять не менее 0,8 м. Одновременно с этим необходимо введение эффективной системы вторичного подрес-соривания, обеспечивающей вертикальные ускорения в кабине шасси на уровне не более 4 м/с2 и системы стабилизации бокового крена шасси. Перепад неровностей на маршрутах в 0,4 м между соседними осями и углами въезда и съезда не более 45° может считаться верхним пределом, при котором возможно движение шасси без ограничения скорости при управляемых длинноходовых Сообразных подвесках; при преодолении выступов высотой до 1,2 м полный ход подвески для всех исследуемых жесткостей не превышает 100 см.

Следует отметить, что возможности диаграммы можно расширить за счет увеличения количества шкал высот неровностей для других значений коэффициента динамичности перераспределения нагрузок Кд, который в данной диаграмме принят равным 2,5.

Экспериментальные исследования проведены в 21 НИИИ АТ МО РФ на физической модели 9-осного колесного шасси с высокозащищенным закрытым корпусом и гадропневматическмми длинноходовыми управляемыми С-образными подвесками, конструктивно выполненными в виде опор (стоек).

Из полученных экспериментальных результатов следует, что наименьшие профильные нагрузки при переезде выступа, насыпи и рва, обеспечивают полностью охваченные гидробалансирной связью агрегаты подвески (схема 9-0). Остальные варианты связей обеспечивают меньшие по абсолютной величине значения снижения профильных нагрузок. Эффективной является также схема потележечных гидробалансирных связей, способствующая снижению профильных нагрузок при переезде выступа и насыпи соответственно на 31 и 40%. Следует также отметить, что не выявлено значительного влияния гидробалансирных связей на профильные нагрузки при переезде рва, за исключением схемы полной балансирной связи подвесок всего борта (снижение составляет около 12%). Таким образом, при переезде рва, связи в подвеске должны быть выключены или должна присутствовать полная гидробалансирная связь подвесок по борту шасси.

Седьмая глава содержит обоснование общих требований к системам ав-

томагизированного управления движением (САУД), а также основные положения структурного синтеза САУД на основе базовых алгоритмов функционирования САУ отдельных агрегатов и систем СКШ.

В настоящее время разработка САУД проводится по пяти основным направлениям (уровням): автоматизация управления отдельными составными частями транспортного средства; автоматизация совместного управления несколькими составными частями транспортного средства; автоматизация управления транспортным средством в целом; автоматизация управления в группе транспортных средств; управление группами транспортных средств со стороны окружающей дорожной инфраструктуры.

В историческом развитии происходит постепенный переход от первого к последующим из указанных направлений (уровней).

Автоматизация управления отдельными составными частями транспортного средства,, предназначенных для военного использования предполагает: в силовой установке - полное управление двигателем, комплексное управление силовым агрегатом, дистанционное управление силовым агрегатом; в трансмиссии - управление передачами в КПП, управление устройством отбора мощности, управление раздачей мощности колесному движителю; в рулевом управлении - управление схемами рулевого управления; в тормозной системе -управление схемой раздачи тормозных сил; в подвеске - управление сопротивлением амортизаторов и жесткостями подвесок колес.

Разработка систем автоматизации третьего уровня наиболее полно соответствует требованиям обеспечения подвижности СКШ, поскольку позволяет осуществлять системный подход к этой проблеме с учетом текущего взаимодействия основных составных частей шасси, дорожных условий и режимов движения, а также облегчает дальнейший выход на более высокие уровни автоматизации.

В рамках проведенных исследований разработаны теоретические основы формирования принципов и функциональной организации САУД СКШ первого уровня, а также предложения по поэтапному исследованию и практической реализации этой системы на последующих уровнях ее развития.

Результаты исследований, приведенные в предыдущих главах работы позволили сформировать принципиальную блок-схему САУД СКШ первого уровня, которая показана на рис. 17.

Центральным звеном блок-схемы является унифицированная конструкция ходового модуля, который непосредственно соприкасается с опорной поверхностью и несет информацию об изменениях ее параметров, а также параметров движения СКШ. Поэтому именно этот модуль является объектом управления, так как он является источником практически всей информации о движении СКШ в различных дорожных условиях и при различных режимах его движения.

Рис. 17. Принципиальная блок-схема системы автоматизированного управления движением первого уровня перспективных СКШ

Унифицированный опорно-ходовой модуль представляет собой колесный движитель, соединенный с корпусом СКШ с помощью регулируемой системы подрессоривания (СП), представляющей собой так называемую «стойку», которая имеет вертикальную ось, вокруг которой опорно-ходовой модуль может поворачиваться на заданный угол, в соответствии с алгоритмом и законом управ-

ления, заложенными в системе рулевого управления (РУ). Мощность к колесному движителю опорно-ходового модуля подводится посредством встроенного в ступицу тягового электродвигателя (ТЭД), величина которой регулируется с помощью системы автоматического управления САУ МТУ в зависимости от условий движения.

Неотъемлемой частью функционирования САУД СКШ является бортовая система контроля и диагностики (БСК и Д), предназначенная д ля контроля технического состояния подсистем управления составными частями опорно-ходового модуля и СКШ в целом.

Таким образом, создание перспективной САУД СКШ может базироваться на аппаратной базе имеющихся систем автоматизации управления, предпочтительно на наиболее проработанной системе ЦБКДСУ, что позволит обеспечить выполнение функций управления вплоть до третьего уровня включительно с учетом Концепции ИУС для дальнейшего расширения функций этой системы до пятого уровня.

Восьмая глава посвящена реализации концепции развития СКШ на период 2001...2015 годы, обоснованию новых подходов к формированию типораз-мерного ряда СКШ и их базовых параметров при построении Типажа перспективных шасси.

Основные выводы

На основе проведенного исследования разработаны научные положения, совокупность которых можно квалифицировать как решение научной проблемы, имеющей важное оборонное значение и являющейся научной основой создания специальных колесных шасси под монтаж перспективных видов ВВТ. Выполнено научно-техническое обоснование основных принципов и закономерностей обоснования Типажа таких машин, выбора из его состава базы для монтажа вооружения, военной техники, а также технических решений и выбора параметров основных составляющих шасси, формирования общих и специальных требований к таким СКШ, и предложений по перспективам их развития.

Основные научные положения и выводы диссертации заключаются в следующем.

1. Уточнена математическая модель подвижности.

Проверка адекватности показала, что результаты, полученные с помощью данной модели, хорошо качественно и количественно (расхождение не более 17%) согласуются с результатами экспериментальных исследований.

2. Оценка влияния общих проектировочно-конструктивных решений макетных, опытных и серийных образцов на подвижность в позиционном районе, показала что основными составными частями СКШ, лимитирующими достижение перспективных требований по средним скоростям движения в заданных условиях, являются МТУ, а также система подрессоривания.

3. В сложившейся экономической ситуации в промышленности Россий-

ской Федерации логичным решением вопроса создания новых СКШ является использование модульного принципа конструирования изделий, который по существу является стержневым принципом при создании семейств многих типов машин.

Этот принцип позволяет наиболее просто и с наименьшими затратами организовать конструирование и производство семейств машин с колесными формулами 4x4, 6x6, 8x8 и более на базе одних и тех же или унифицированных агрегатов.

4. На основе анализа применяемости различных типов двигателей на военной технике можно сделать вывод о том, что наиболее перспективными для применения в качестве силовых установок на обычных машинах ВАТ являются четырехтактные многотопливные дизели с жидкостным охлаждением, на автомобилях большой грузоподъемности и специальных колесных шасси и тяжелых колесных тягачах - дизели с наддувом и охлаждением над дувочного воздуха, а для СКШ особо большой грузоподъемности (35,0 т и более) - нетрадиционных силовых установок.

Таким образом, на СКШ классов грузоподъемности 14...18т и 22...24 т до 2010 года будут применяться в основном традиционные, с существенно улучшенными параметрами дизели. Модификации этих дизелей в виде адиабатных, турбокомпаундно-адиабатных и двигателей с переменной степенью сжатия , а также газотурбинных будут проходить опытную разработку и доводку.

5. Установлено, что дальнейшее развитие конструкции СКШ связано с созданием гибких трансмиссий с использованием новых способов распределения и передачи энергии. При этом трансмиссия должна обеспечивать рациональную индивидуальную передачу мощности к каждому колесному движителю в зависимости от условий его движения для максимальной реализации крутящего момента. Главная задача теории в этом случае заключается в разработке законов (принципов функционирования) передачи мощности от силовой установки к колесному движителю, а также на их базе общих технических требований (OTT) к гибким схемам трансмиссии.

Для обоснования общих принципов распределения мощности по колесным движителям создана математическая модель, в которой с достаточной точностью описываются динамические свойства СКШ с прозрачной и непрозрачной трансмиссиями. При этом применительно к непрозрачной трансмиссии дополнительно моделируются индивидуальное распределение мощности по колесным движителям с учетом соотношения основных параметров шасси.

6. Теоретические исследования позволили установить, что электрическая трансмиссия обеспечивает равенство скольжений ведущих колес и может исключить потерю подвижности СКШ при значительном буксовании (даже при полном вывешивании одного или нескольких колес), а также не допустить воз-

никновения циркуляции мощности в трансмиссии при криволинейном движении шасси. Это, по предварительной оценке, в конечном итоге приводит к увеличению максимально возможной скорости в различных дорожных условиях и предельных средних скоростей движения на 10... 15%, величин преодолеваемого подъема на 28.. .34%, а также снижению затрат мощности на движение до 12%.

Поэтому дальнейшими направлениями работ следует считать проведение углубленных экспериментальных исследований по электротрансмиссиям и уточнение по их результатам вышеприведенных в данной диссертации теоретических положений.

7. В интересах повышения подвижности и безопасности движения проведены исследования регулируемых подвесок, конструктивно выполненных в виде длинноходовой С- образной рычажной стойки (опоры) с внешним амортизатором. В таких подвесках регулируются характеристики упругих элементов и (или) характеристики амортизаторов в зависимости от полной массы, дорожных условий и режимов движения. Управляемые подвески регулируются в процессе движения СКШ автоматически или принудительно водителем на определенный тип дороги. Такие подвески могут найти применение на СКШ при эксплуатации их на маршрутах с большой протяженностью однотипных по микропрофилю дорог.

Исследования, направленные на оценку возможностей длинноходовых подвесок со специальными нелинейными характеристиками, обеспечивающими постоянство упругих сил, действующих в подвеске, на плавность хода статическую и динамическую нагруженность ходовой части и несущей системы (особенно высокозащищенных агрегатов) позволили определить влияние жесткости и демпфирования на колебания СКШ, а также различных комбинаций гидро-балансирных связей и подтвердить это экспериментальными исследованиями физической модели 9-осного шасси новой конструктивной концепции.

В ходе исследований определены возможности управления колебаниями шасси с помощью регулирования демпфирования и жесткостных характеристик подвески при переезде единичных препятствий любой конфигурации и высотой от 0,1 до 0,5 м при скоростях движения от 10 до 110 км/ч.

Установлено, что управление демпфированием в подвеске при переезде единичных препятствий должно сводиться к стабилизации демпфирования на некотором оптимальном уровне в интервале коэффициентов затухания 0,2...0,3 во всех дорожных условиях и на всех режимах движения. Отклонение демпфирования от оптимального уровня по относительному затуханию на величину ± 0,1 вызывает возрастание основных оценочных показателей, увеличивающееся с ростом скорости движения шасси. На скоростях 30...50 км/ч это повышение может составить 10... 15%, а на скоростях 70 км/ч и более - 30...60%.

Результаты исследований, получили практическую реализацию при отра-

ботке тактико-технических требований к перспективным СКШ в части систем подрессоривания.

8. В рамках настоящей работы разработаны теоретические основы по формированию принципов структурной и функциональной организации САУД первого уровня, а также предложения по поэтапному исследованию и практической реализации этой системы на последующих уровнях ее развития.

При этом установлено, что наиболее рациональным является создание САУД, встроенной в общую бортовую информационно-управляющую систему и позволяющую наряду с оценкой надежности и общего состояния шасси, обеспечивать работу монтируемых комплексов ВВТ.

9. В результате анализа перспективных шасси для комплексов ВВТ, выполненного по рекомендациям диссертации, сформирован типоразмерный ряд СКШ, построенный на основе использования высокоунифицированных семейств шасси, который имеет вид: 14,0...18,0; 22,0...24,0; 35,0; 55,0 и 80 и более тонн. При этом следует отметить, что для обеспечения минимальных эксплуатационных расходов при монтаже и транспортировке ВВТ в различных дорожных и климатических условиях движения необходимо иметь достаточно широкую номенклатуру модификаций базового шасси (высокоунифицирован-ное семейство) соответствующего типоразмера, каждая из которых была бы приспособлена для определенного предназначения.

10. Проведено уточнение технико-экономической оценки эффективности использования новых типов СКШ под монтаж перспективных видов ВВТ. В основу этого уточнения положены два принципа: быстрота смены позиций СКШ при выполнении специальных задач и экономическая целесообразность этого мероприятия.

В уточненной методике используются около 40 базовых ограничений, причем количественно они задаются разными для различных классов грузоподъемности СКШ. Установлено, что применение в конструкции СКШ различных классов грузоподъемности нетрадиционных технических решений может увеличить эффективность их боевого применения в среднем на 15-17%.

С учетом этого даны предложения в перспективный Типаж СКШ грузо-подъемностей от 14-18,0 т до 80,0 т и более и в Государственную программу вооружения (вчасти СКШ) на период 2001...2010 гг.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Елисеев А.Н., Белоусов Б.Н. и др. Тенденции развития теории и практики систем передачи мощности к движителю многоосных полноприводных транспортных средств / под общей редакцией А.Н. Елисеева. Академия проблем качества. Отделение спецтехники и конверсии. М., 2000 г.

2. Елисеев А.Н., Белоусов Б.Н. и др. Научные подходы к обоснованию

технического облика ходовой части перспективных многоосных транспортных средств / под общей редакцией А.Н. Елисеева. Академия проблем качества. Отделение спецтехники и конверсии. М., 2000 г.

3. Елисеев А.Н., Полунгян A.A. и др. Модульный принцип конструирования автомобилей //Автомобильная промышленность, 1998 г., № 12.

4. Елисеев А.Н., Белоусов Б.Н. и др. К автомобилям двойного применения //Автомобильная промышленность, 1999г. №1.

5. Елисеев А.Н., Белоусов Б.Н. Технические аспекты концепции развития автомобильных базовых шасси двойного применения I! Труды Академии проблем качества РФ. -М., 1997 г., ДСП.

6. Елисеев А.Н., Аксенов П.В. и др. Развитие военной автомобильной техники России. // Материалы симпозиума отделения спецтехники и конверсии академии проблем качества. - М., 1997 г., ДСП.

7. Елисеев А.Н., Добромиров В.Н. Автомобильные базовые шасси двойного назначения и основные научно-технические задачи их создания // Сборник докладов конференции отделения спецтехники и конверсии академии проблем качества. - М., 2000 г., ДСП

8. Елисеев А.Н. Прогрессивные принципы построения унифицированных типоразмерных рядов машин // Сборник докладов конференции отделения спецтехники и конверсии академии проблем качества. - Курган, 2000 г.

9. Елисеев А.Н. Двойные технологии - пути совершенствования военной автомобильной техники в рыночных условиях переходного периода // Сборник докладов конференции отделения спецтехники и конверсии академии проблем качества. - Курган, 2000 г.

10. Елисеев А.Н., Аксенов П. В. и др. Основные принципы анализа и синтеза схем трансмсиссий многоосных транспортных средств // Материалы конференции МГТУ им. Баумана, 1999 г.

11. Елисеев А.Н., Аксенов П.В. и др. Критерии оценки схем трансмиссий многоосных колесных машин. // Материалы конференции ААИ.- Ульяновск, 1999г.

12. Белоусов Б.Н., Елисеев А.Н. Основные направления развития систем подрессоривания многоосных колесных транспортных средств особо большой грузоподъемности // Материалы 1-й международной научно-методической и научно-исследовательской конференции // МАДИ, 1997 г.

13. Елисеев А.Н. Перспективы развития электронных систем управления двигателями для ВАТ // Материалы международного симпозиума. Электронные системы управления впрыском двигателей.// Суздаль, 1995 г.

14. Елисеев А.Н. Проблемы развития военной автомобильной техники // Материалы международного симпозиума «Генераторы, электрические машины, автотехнические приборы, коммутационные устройства, системы их регулирования и управления» // Суздаль, 2000 г.

15. Елисеев А.Н., Овчинников В.П. Основные направления обеспечения сохраняемости автомобильной техники.- В кн: Экологические аспекты защиты техники и материалов. Теория и практика натурных испытаний. РАН..-М., 2000г.

16. Елисеев А.Н. Научные основы формирования концепции развития военной автомобильной техники на период до 2015 года. // Рязань, РВАИ, 2000 г.

17. Елисеев А.Н. Пути повышения работоспособности цилиндро- поршневой группы дизеля КамАЗ: Деп. рук: Д-14412, ЦИВТИ МО, 1984 г.

18. Елисеев А.Н. Научные основы формирования облика специальных колесных шасси подвижного вооружения: Деп. рук.: Сборник рефератов депонированных рукописей, № 25, серия 6, 1993 г.

19. Прогнозирование перспектив развития военной автомобильной техники и ее составных частей основных зарубежных стран (США, Великобритания, ФРГ, Франция, Италия, Япония) на период до 2005 года: Заключительный отчет по НИР «Дуэль-3». - Научный руководитель Елисеев А.Н. // СВВАКУ; 1988 г.

20. Елисеев А.Н., Патрин В.Н. и др. Система для подачи топлива в дизель. // Патент РФ № 2078990,1997 г.

21. Елисеев А.Н., Шапран В.Н., и др. Система управления подачей топлива в дизель. // Патент РФ № 2079694, 1997 г.