Диссертация (Повышение ходкости и тягово-скоростных свойств глиссирующих амфибийных машин малого класса), страница 5

Ввиду многообразияпоказателей, влияющих на гидродинамические свойства, оценить сопротивлениедвижению амфибии аналитически затруднительно, поэтому ее буксировочнаяхарактеристика Rб = f(vв) определяется экспериментально. Найти зависимостьсопротивления движению применительно к ГАММК с необходимой точностьюпредставляется возможным посредством численного эксперимента, как, например,в работе [67] Печенюка А.В., решающего оптимизационную задачу для обводовводоизмещающего судна с помощью CFD-решателя FlowVision. Лактионов К.Н.,30Кропотов И.Б.

и Малахов Д.Ю. применяют методы численного моделирования дляисследования водоходных качеств амфибийных машин [55].При проведении испытаний квадроциклов специальными подразделениями[41] была выявлена чрезмерная шумность их работы, способствующаядемаскированию. В связи с этим целесообразно использовать комбинированнуюэнергетическую установку (далее – КЭУ) в конструкции ГАММК, котораяпозволит реализовать автономный режим движения машины с выключеннымдвигателем внутреннего сгорания (далее – ДВС) за счет электромоторов. Общиеподходы к проектированию КЭУ, различные схемы и алгоритмы управленияэлектромеханическими трансмиссиями машин подробно рассмотрены в трудахБаулиной Е.Е. [13, 14, 15], Бахмутова С.В.

[16, 48], Златина П.А. [44], Котиева Г.О.[51, 52], Ксеневича И.П. [53], Умняшкина В.А. [93 ,94, 95] и других. Баулина Е.Е.,Карпухин К.Е. и Селифонов В.В. в своей статье [15] предлагают вариантэлектромобилямалогокласса,использующегопоследовательнуюсхемутрансмиссии. В научных статьях Умняшкина В.А. [93, 94, 95] и Габдуллина М.Р.[31] приводится обоснование применения КЭУ в конструкции квадроциклов.Методы расчета тяговых электроприводов подробно изложены в работахБогданова К.Л.

[18], Ефремова И.С. [40] и Эйдинова А.А. [101]. Из зарубежныхавторов вопросы разработки машин с КЭУ рассматривают Chan C.C, Chau K.T.[105] и др. Вышеперечисленные авторы не рассматривают тягово-скоростныесвойства внедорожных ТС с КЭУ в целом, а уделяют внимание вопросамразработки энергоустановок и алгоритмов их работы для легковых и грузовыхавтомобилей гражданского назначения в основном с целью повышения ихтопливной экономичности.Котиев Г.О., Нагайцев М.В.

и Харитонов С.А. в статьях [51, 52, 59]рассматривают методы расчета динамических характеристик ТС с КЭУ типов THS(последовательно-параллельная)иGM(последовательная).Данныетипытрансмиссий используются на легковых автомобилях с колесной формулой 4х2Toyota Prius и Chevrolet Volt. Такие схемы не подходят для ГАММК, так как дляобеспечения повышенной проходимости и надежности амфибии должны иметь31раздельный полный привод колес. Кроме этого, необходимо обеспечить приводводоходного движителя в соответствующем режиме движения.Исследованию параллельных (многопоточных) схем трансмиссии посвященадиссертационная работа [69] Пономарева В.М., в которой автор изучает вопросвыбора рациональных параметров эффективного распределителя мощности длямалогабаритных автомобилей и квадроциклов. В четвертой, пятой и шестой главахисследователь рассматривает применение различных многопоточных схем КЭУ ссогласующим редуктором для машин малого класса, оценивает их достоинства инедостатки.

Ившин К.С. в третьей и четвертой главах своей диссертации [45] такжеизучает параметры КЭУ квадроциклов, делая акцент на топливную экономичность.Из всего многообразия схем, предложенных Пономаревым В.М., заостримвнимание на схеме с двумя вариаторами (Рисунок 1.10).Рисунок 1.10 – Схема КЭУ с двумя вариаторами для квадроцикла:1 – редуктор; 2 – электродвигатель; 3 – аккумулятор; 4 – генератор; 5 – ДВС;6 – муфта сцепления; 7 – редуктор; 8 – вариаторы32В данной схеме привод передней оси осуществляется от электродвигателя, азадней оси – от ДВС. Схема обеспечивает раздельный привод осей и возможностьих совместной работы, но реализовать ее в конструкции амфибий представляетсязатруднительным ввиду необходимости подведения мощности к водоходномудвижителю ГАММК при движении в соответствующем режиме, а такжеразмещения водовода в корме машины.Применение параллельной схемы КЭУ, при которой ДВС приводит вдвижение передние колеса, а привод задних колес осуществляется за счет заднихобратимых электромоторов (далее – ЗОЭМ), встроенных в ступицы заднихполуосей, для перспективных ГАММК представляется наиболее целесообразным.При реализации этой схемы обеспечивается раздельный привод колес передней изадней осей, возможность подведения мощности к водоходному движителю, атакже различные режимы движения, в частности, автономный с отключеннымДВС.

Похожая схема для сухопутных машин рассматривается Бахмутовым С.В. всвоих трудах [16, 48]. Совместная работа двигателей в схеме, рассмотренной впатенте[48],обеспечиваетсяэлектроконтроллером,анемеханическимсогласующим элементом, как на предложенных Пономаревым В.М. схемах. Этопозволитупроститьтрансмиссию,исключивмеханическиесогласующиеэлементы, но усилит энергопотребление системы, что приведет к увеличениюемкости, массы и габаритов аккумуляторного блока (далее – АКБ).Наиболее близкой для реализации на ГАММК является КЭУ, описанная впатенте [108].

Критический анализ этой схемы (Рисунок 1.11) представлен в работе[13]. КЭУ обеспечивает межосевое и межколесное (для задней оси) распределениемощности. Передний привод осуществляется от ДВС, задний – от двух ЗОЭМ, аполный привод – от их совместной работы. Положительным фактором являетсявозможность исключения карданного вала и дифференциала второй оси, чтоупрощает компоновку водоходного движителя и его привода.Движение за счет электромоторов реально лишь на ограниченное время,обусловленное емкостью АКБ.

Если для старта с места на электротяге емкостьбатарей будет достаточной, то повышение проходимости при полном приводе33возможно на ограниченное время или при подзарядке батарей генератором, т.е. спониженным общим КПД трансмиссии. Для ТС с КЭУ параллельного типасуществует также проблема обеспечения устойчивости и управляемости при сменепривода, рассмотренная в диссертации [14] Баулиной Е.Е.Рисунок 1.11 – Схема автомобиля с КЭУ:1 – ДВС; 2 – трансмиссия; 3 – мотор-генератор; 4 и 9 – колеса; 5 – АКБ;6 – модуль управления полным приводом; 7 – инвертор; 8 – силовые кабели;10 – колесные редукторы; 11 – ЗОЭММетоды оценки тягово-скоростных свойств машин известны и рассмотреныподробно в трудах многих авторов: Вахламова В.К.

[24], Гладова Г.И. [33, 34],Павлова В.В [64, 65], Смирнова Г.А. [80], Crolla D.A. [107], Jazar R.N. [110], PoppK. и Schiehlen W. [111] и других. Гладов Г.И. и Павлов В.В. в своих работах такжеучитывают при расчете специальные режимы движения амфибийных машин: входв воду, выход на берег и движение по мелководным участкам.Общий принцип оценки тягово-скоростных свойств сводится к определениюдинамической характеристики и графика разгона ТС. По первой характеристике34можно определить возможность движения ТС при заданных дорожных условиях искорости.

Чтобы построить график динамической характеристики, необходимоопределить условия движения, а также характеристику ДВС и трансмиссии.График разгона является зависимостью скорости движения ТС от времени. Для егопостроения рассчитываются ускорения и время разгона машины на различныхучастках ее динамической характеристики.Методике выбора двигателя и проектировочным расчетам силовой установкипосвящены работы Вихрова А. В.

[27] и других авторов. Схема трансмиссии всовокупности с параметрами выбранной силовой установки определяет тяговоскоростные свойства и топливную экономичность машины. В большинстве случаевтрансмиссия ТС малого класса является механической ступенчатой илибесступенчатой.Общиевопросыпроектированияэлементовтрансмиссий(сцеплений, коробок скоростей, редукторов, главных передач, приводныхустройств) изложены в труде Гладова Г.И.

и Павлова В.В. [33]. Попиоль А.Ш.посвятил данному вопросу свою книгу [70]. Особенности проектированияавтоматических клиноременных вариаторов, характерных для ТС малого класса,рассмотрены Деруновым Г. П. [37], а также Мартыновым В.К. и Лукьяновым А.С.в статье [57]. Методика расчета передаточных отношений механическойтрансмиссии машин малого класса представлена в статье Кондрашкина А.С. [50].Чтобы обеспечить достаточный запас хода при движении на электромоторахв скрытном режиме движения (с выключенным ДВС), требуются энергоемкие иодновременно компактные источники питания. Характеристика литий-феррофосфатных аккумуляторов, обладающих высокой скоростью зарядки и глубинойразряда (до 95%) и работающих в широком диапазоне температур (±50оС),приведена в работе [79] Скундина А.М, Ефимова О.Н.

и Ярмоленко О.В.Для определения требуемой емкости АКБ и параметров генератора требуетсяанализ энергобаланса бортовой сети машины. Типовой расчет энергобаланса ТСпредставлен в ОСТ 37.003.034-77 [11]. На основе этого стандарта применительно клегковым автомобилям Гладышем И.А. и Фещенко А.И. в трудах [32, 96]представлены методики расчета энергобаланса, сущность которых сводится к35определению суммарной мощности всех потребителей. Принцип, изложенный вданной методике, можно дополнить и использовать для расчета таких компонентовКЭУ, как генератор и АКБ, а также для построения зависимости запаса хода отколичества ячеек в АКБ в автономном режиме движения.Главной особенностью КЭУ для ГАММК является потребность вобеспечении привода как сухопутного, так и водоходного движителей. Подводимаяк водоходному движителю мощность должна быть достаточной для того, чтобыГАММК смогла преодолеть «горб сопротивления» при разгоне, выйти наустойчивое глиссирование и продолжать движение по воде с высокой скоростью.Известны методики расчета различных водоходных движителей, которыеможно использовать при формировании метода оценки ходовых и тяговоскоростных свойств ГАММК с КЭУ.

В качестве водоходного движителя могутвыступать гребные винты или водометы. Водомет при меньшем КПД относительногребного винта лучше защищен, его расположение не влияет на параметры важногодля ГАММК эксплуатационного свойства – проходимости. Преимуществомвыбора данного типа водоходного движителя является возможность егоиспользования в качестве эффективного водоотливного средства, что улучшитнепотопляемость машины. Установка направляющего сопла и дефлектораположительно скажется на маневренности, но это приведет к усложнениюконструкции.