АВТОМОБИЛЕСТРОЕНИЕ: ПРОЕКТИРОВАНИЕ ... - ИжГТУ

1

Минобрнауки России Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего образования «Ижевский государственный технический университет

имени М. Т. Калашникова» Институт «Современные технологии машиностроения, автомобилестроения

и металлургии» Кафедра «Автомобили и металлообрабатывающее оборудование»

АВТОМОБИЛЕСТРОЕНИЕ: ПРОЕКТИРОВАНИЕ, КОНСТРУИРОВАНИЕ, РАСЧЕТ И ТЕХНОЛОГИИ РЕМОНТА И ПРОИЗВОДСТВА

Материалы

V Всероссийской научно-практической конференции Ижевск, 29–30 апреля 2021 г.

Издательство УИР ИжГТУ имени М. Т. Калашникова Ижевск 2021

2

УДК 629+656(082) ББК 39Я45 А18

П р е д с е д а т е л ь о р г к о м и т е т а

Н. М. Филькин, доктор технических наук, профессор

Ч л е н ы о р г к о м и т е т а А. В. Щенятский, доктор технических наук, профессор Р. С. Музафаров, кандидат технических наук, доцент А. С. Шиляев, доктор технических наук, доцент

И. В. Батинов, кандидат технических наук, доцент

Секретарь Э. Р. Степанова

А18

Автомобилестроение: проектирование, конструирование, рас-чет и технологии ремонта и производства : материалы V Всерос. на-уч.-практ. конф. (Ижевск, 29–30 апреля 2021 г.) / под ред. Н. М. Филь-кина. – Ижевск : Издательство УИР ИжГТУ имени М. Т. Калашникова,2021. – 481 c. – 15,3 МБ (PDF). – Текст : электронный.

ISBN 978-5-7526-0933-6 Публикуются статьи V Всероссийской научно-практической конференции «Автомо-

билестроение: проектирование, конструирование, расчет и технологии ремонта и произ-водства», проводимой регулярно на кафедре «Автомобили и металлообрабатывающееоборудование» Института «Современные технологии машиностроения, автомобиле-строения и металлургии» ФГБОУ ВПО «Ижевский государственный технический уни-верситет имени М. Т. Калашникова».

Участники конференции – ученые Брянска, Волгограда, Гомеля, Ижевска, Казани,Калуги, Кишенева, Краснодара, Красноярска, Кургана, Москвы, Набережных Челнов,Нижнего Новгорода, Новосибирска, Омска, Оренбурга, Перми, Рязани, Самары, Санкт-Петербурга, Севастополя, Серпухова, Сыктывкара, Тулы, Тюмени, Уфы, Хабаровска,Челябинска. Цель конференции – обмен научными исследованиями, проводимыми в об-ласти автомобилестроения. Основная проблематика конференции – проектирование,конструирование, расчет и технологии ремонта и производства в автомобилестроении.

Статьи адресованы студентам, магистрантам и аспирантам, а также представителямпроизводства.

УДК 629+656(082)

ББК 39Я45

ISBN 978-5-7526-0933-6 © ИжГТУ имени М. Т. Калашникова, 2021 © Оформление. Издательство УИР ИжГТУ имени М. Т. Калашникова, 2021

3

Содержание Анисимов А. А., Бровкин С. А., Еналеева-Бандура И. М. Проблемы функ-

ционирования транспортно-технологического процесса предприятий лесной отрасли ................................................................................................................................... 7

Анисимов А. А., Шувалова В. А., Еналеева-Бандура И. М. Об основных осо-бенностях транспортировки и возможных схемах перевозки лесоматериалов автомобильным транспортом .............................................................................................. 9

Ахметьянов И. Р., Гусев Д. А., Ибрагимов Р. Р. Влияние системы крепле-ния газовых баллонов на их резонансные свойства ......................................................... 13

Барыкин А. Ю. Влияние режима движения и окружающей среды на техни-ческое состояние межколёсного дифференциала ............................................................ 18

Байбакова А. А., Блинов Е. А. Оценка износостойкости автомобильного сцепления ............................................................................................................................ 23

Баязитов Р. Б., ФасхиевХ. А. Влияние способа приобретения на экономи-ческую эффективность грузового автомобиля в эксплуатации ...................................... 27

Баязитов Р. Б., ФасхиевХ. А. Многокритериальная оценка подвижного со-става автомобильного транспорта с целью выбора ......................................................... 42

Боровик А. В., Морозов С. А. Исследование технологии изготовления дета-ли «Обтекатель» .................................................................................................................. 48

Винокурова А. Н., Торохов И. А., Перминова И. С., Филькин Н. М. Пробле-мы качества построения трехмерных компьютерных моделей видовых поверх-ностей при проектированиитранспортных средств ........................................................ 56

Винокурова А. Н., Филькин Н. М. Новые модели гибридных автомобилей и электромобилей, созданных в мире в 2021 году ........................................................... 60

Витвицкий Е. Е., Шипицына Р. Е. Сравнение результатов применения ме-тодов решения задачи оптимизации планирования перевозок грузов ........................... 64

Володькин П. П., Рыжова А. С. Сравнительная оценка автотранспортного грузового комплекса в Хабаровском и Приморском краях............................................. 71

Волощенко Г. П. Оптимизация затрат – основной фактор конкурентоспо-собности транспортных компаний .................................................................................... 74

Волощенко Г. П. Транспортная инфраструктура как показатель экономиче-ского развития страны ........................................................................................................ 80

Воробьева И. В., Перминова И. С., Зорин И. А., Филькин Н. М. Разработка координированного управления движением транспорта на примере улицы Воткинское шоссе Ижевска ............................................................................................... 85

Воронцова Т. Е., Нечаева О. В., Баранов А. Н. Обоснование эффективности транспортного процесса за счет повышения эксплуатационных свойств техни-ческих средств ..................................................................................................................... 91

Galimov A. R., Galiev I. G. Ensuring the ability of internal combustion engine turbochargers to function ...................................................................................................... 95

Галицын Д. А., Батинов И. В. Способы сборки теплообменников транс-портных машин ................................................................................................................. 103

Гончарова Д. А., Филиппов А. А., Пачурин Г. В. Выбор материала листовых деталей автомобиля по кривым прогиба образцов при циклическом нагруже-нии...................................................................................................................................... 108

4

Гординская Е. П. Основные принципы планирования современных мар-шрутных систем городского пассажирского транспорта .............................................. 117

Гординская Е. П. Повышение эффективности работы и качества обслужи-вания общественным транспортом ................................................................................. 126

Гусев Д. А., Разяпо М. М. Моделирование температурного поля агрегатов трансмиссии автомобиля в процессе тепловой подготовки .......................................... 132

Гусманов И. Р., Колесникова Л. Н., Терентьев А. Н. Практика применения технологии 3D моделирования при проектировании аксиально-поршневого двигателя ........................................................................................................................... 138

Демишев Е. С. Использование газа как моторного топлива ................................... 144 Загорский И. О., Шкробова В. И. Применение диаграммы Исикавы для по-

иска причин инцидентов на автомобильном транспорте .............................................. 150 Зайцев Д. Р. Обзор конструкции шасси нового поколения автомобилей

марки «Дачия» .................................................................................................................. 157 Захаров Н. С., Тян Р. В. Влияние сезонных условий на надежность элемен-

тов электрооборудования автомобиля ............................................................................ 162 Иванов А. П., Молчанова А. А., Каракчиев В. Ю., Свойкин В. Ф. К вопросу

о моделировании узлов гидросистем лесной машины с использованием про-граммного обеспечения .................................................................................................... 167

Казюка Д. В., Петров-Рудаковский А. П. Навигационные пломбы ....................... 175 Колесникова Л. Н., Терентьев А. Н., Хабибуллин Э. Р. Компьютерный ин-

женерный анализ в среде AnsysWorkbench при проектировании аксиально-поршневого двигателя ...................................................................................................... 178

Косенко В. В. Сравнительная оценка воздействия на почву тракторов ХТЗ-150К-09 и К-744Р2 на одинарных и сдвоенных колесах ............................................... 184

Козинов Д. Ю., Филиппов А. А., Пачурин Г. В. Экономичная подготовка структурно-механических характеристик проката для холодной штамповки автомобильных болтов ..................................................................................................... 191

Костин С. Г. Влияние режима работы двигателя грузового автомобиля на эффективность эксплуатации и безопасность движения .............................................. 198

Костромин Н. М., ДобрецовР. Ю., Костромин М. В. Методика оценки ос-новных параметров грунта при использовании шасси-анализатора ............................ 203

Костяев В. И., Глазырин В. А., Еремин Д. А. Способы уменьшения себе-стоимости автомобильных грузоперевозок в строительной отрасли ........................... 209

Кузнецов П. Н., Якимович Б. А., Какушина Е. Г., Музафаров Э. Р. Мобиль-ный многофункциональный комплекс водо- и энергообеспечения ............................. 213

Морозов А. С., Морозов С. А. Разработка прогрессивных заготовок для де-талей автомобильной промышленности ......................................................................... 219

Москаленко М. Б., Добрецов Р. Ю. Компоновочная схема электромобиля ........... 225 Миллер А. П., Пугин К. Г., Шаихов Р. Ф. Диагностика гидравлических сис-

тем технологических машин с помощью гидравлического удара ................................ 231 Минин В. В., Петриков А. И., Кузнецов Г. А. Надежность гравитационных

бетоносмесителей с полимерными барабанами ............................................................. 236 Музафаров Э. Р. Аналитический обзор инфраструктуры для электротранс-

порта .................................................................................................................................. 241

5

Музафаров Э. Р., Филькин Н. М., Музафаров Р. С. Проблемы создания бес-пилотной системы управления для унифицированной машины технологиче-ского электротранспорта .................................................................................................. 252

Музафаров Э. Р., Филькин Н. М., Музафаров Р. С. Разработка математиче-ской модели и оптимизация загрузки производственных мощностей предпри-ятия .................................................................................................................................... 257

Муравьев Е. Д., Морозов С. А. Компьютерное моделирование штамповки детали «кронштейн» ......................................................................................................... 284

Надирян С. Л., Миронова М. П., Коцурба С. В. Анализ способов организа-ции парковочного пространства ...................................................................................... 288

Никитин А. В., Глухов К. В. Выбор и обоснование двухтактного двигателя для гибридной установки легкового автомобиля ........................................................... 293

Новокшонов Н. А., Мочалин С. М. Особенности дискретно-событийного моделирования с использованием программных комплексов Arena и Anylogic ......... 298

Павлишин С. Г., Вишневский А. В., Семигласов А. О. Технический аудит дилерского центра Mercedes-Benz ООО «МБ-Восток» в Хабаровске .......................... 305

Песенко М. В., Сиваков В. В. Применение центробежного вентилятора в системе охлаждения ДВС .............................................................................................. 312

Песин М. В., Рукина А. С. Технологические особенности поверхностного пластического деформирования для обработки деталей транспортно-техноло-гических машин и комплексов ........................................................................................ 319

Песин М. В., Макаров В. Ф., Макаренков Е. С., Халтурин О. А., Павлович А. А., Мельников С. А. Технологическое обеспечение надежности резьб деталей транспортно-технологических машин и комплексов .................................................... 323

Попов И. П., Филькин Н. М., Харин В. В. Динамика трогания двухзвенного автопоезда с упругими сцепками .................................................................................... 327

Попов И. П., Филькин Н. М., Харин В. В. Динамика трогания трехзвенного автопоезда с упругими сцепками .................................................................................... 333

Попов И. П., Филькин Н. М., Харин В. В. Транспортно-технологическая машина с накопителем энергии ....................................................................................... 340

Прагер Д. С., Карев В. Ф. Основные мероприятия снижения дорожно-транспортного травматизма в Хабаровске ..................................................................... 346

Пушкин С. А., Филькин Н. М., Музафаров Р. С. Выбор и обоснование тяго-вого накопителя энергии дляспортивного электромобиля особо малого класса типа «Карт» ....................................................................................................................... 352

Редькин А. В., Поляков Д. С., Чистяков Р. С. Формирование защитных ха-рактеристик систем безопасности автомобильных кранов ........................................... 356

Рыжова А. С. Перечень вопросов для проведения исследования эффектив-ности внедрения автобусов на альтернативном топливе .............................................. 362

Самохвалова Ж. В. Изменение характеристик материала металлоконструк-ций и рабочих органов строительно-дорожных машин магнитно-импульсной обработкой ........................................................................................................................ 365

Севостьянов В. А. Вероятностно-логический подход к выявлению неис-правностей автомобилей .................................................................................................. 371

Смирнов Д. А., Пузаков А. В. Оценка технического состояния стартерной аккумуляторной батареи .................................................................................................. 374

6

Соколов-Добрев Н. С., Беккер Е. Е., Березин В. А. Экспериментальный стенд для исследования динамической нагруженности силовой передачи трак-тора тягового класса 0.2 на основных эксплуатационных режимах ............................ 381

Старунский А. В., Назаров П. А. Повышение эффективности диагностиро-вания технического состояния наземных транспортно-технологических машин и комплексов и сельскохозяйственной техники в период хранения ............................ 390

Ступин Е. В., Карев В. Ф. Влияние пассивной безопасности дорожной ин-фраструктуры на снижение тяжести последствий дорожно-транспортных про-исшествий .......................................................................................................................... 396

Сызранцев В. Н., Лебедев С. Ю. Совершенствование методики расчета без-отказной работы зубчатых цилиндрических передач по сопротивлению глу-бинным контактным напряжениям ................................................................................. 404

Тасенкова Ю. В., Ширинский В. А. Информационные технологии и систе-мы комплексного контроля технического состояния подвижного состава в эксплуатации .................................................................................................................. 410

Трушин Н. Н. Проектные решения в области кинематических схем гидро-механических передач транспортных и технологических машин ................................ 413

Тюляев А. С., Володькин П. П. Инновационные идеи в сфере таксомотор-ных пассажирских перевозок ........................................................................................... 419

Уланов А. Г. Оптимизация процесса разгона автомобиля с учётом режимов работы его двигателя ........................................................................................................ 424

Фасхиев Х. А. Модель обеспечения конкурентоспособности изделий произ-водственного назначения при разработке....................................................................... 430

Фасхиев Х. А. Статическая и усталостная прочность балок управляемого моста автомобиля ............................................................................................................. 446

Федоров С. К., Гаврилов Д. В. Повышение долговечности деталей электро-механической обработкой ................................................................................................ 456

Хохрякова Е. А., Торохов И. А., Зорин И. А., Филькин Н. М. Направления повышения скоростных свойств и производительности грузовых автомобилей ........ 463

Чепернатый А. В., Петров-Рудаковский А. П. Экосистема цифровых транспортных коридоров Евразийского экономического союза .................................. 468

Чжан И., Рыжова А. С. Анализ транспортных тарифов на пассажирском городском автобусном транспорте в КНР ...................................................................... 471

Шерстнев Н. А. Влияние работы клапана масляного насоса на работоспо-собность двигателя в процессе эксплуатации ................................................................ 475

7

УДК 625.711.84

А. А. Анисимов, студент; С. А. Бровкин, магистрант И. М. Еналеева-Бандура, кандидат технических наук, доцент Сибирский государственный университет науки и технологий

имени академика М. Ф. Решетнёва, Красноярск [email protected]; [email protected]; [email protected]

Проблемы функционирования транспортно-технологического

процесса предприятий лесной отрасли Исследована взаимозависимость особенностей и проблем транспортировки ле-

соматериалов от производителей до потребителей автомобильным транспортом. Ключевые слова: автомобильный транспорт леса, оптимизация, особенности

планирования автомобильных перевозок, проблемы функционирования транспортно-технологического процесса, лесная отрасль.

Вводные замечания

Улучшение экономического положения и развитие в рыночных условиях лесозаготовительных предприятий в значительной степени связано с необхо-димостью повысить внимание к проблемам функционирования транспорта в условиях лесозаготовительных предприятий. В первую очередь это касает-ся автомобильного транспорта, поскольку он является наиболее гибким и мобильным компонентом транспортной системы, выступает почти монопо-листом среди применяемых видов транспорта, играет существенную роль в технологическом процессе предприятий отрасли, характерен высокой капи-талоемкостью и трудоемкостью. К основным проблемам функционирования лесного автомобильного транспорта можно отнести следующие (рисунок).

Также к проблемам поставки лесоматериалов автомобильным транспор-том следует отнести проблемы экономического характера. Здесь можно от-метить постоянно растущие в результате инфляции: уровень цен на ГСМ; затраты на техническое обслуживание и текущий ремонт лесовозных автопо-ездов; расходы на перевозку и т.д. Следует отметить, что на каждом этапе доставки лесоматериалов от поставщика до потребителя обозначается рост добавленной стоимости лесопродукции. Причиной роста данной стоимости является транспортная составляющая процесса транспортировки лесомате-риалов [1].

Выводы и рекомендации Таким образом, оптимально подобранный подвижной состав в сочетании

с дорожными условиями еще не дает полного решения задачи повышения

© Анисимов А. А., Бровкин С. А., Еналеева-Бандура И. М., 2021

8

экономических показателей работы предприятий лесной отрасли. В этой связи актуальной научной задачей является разработка эффективного методологиче-ского аппарата, направленного на поиск путей снижения транспортной состав-ляющей при доставке лесоматериалов автомобильным транспортом [2].

Взаимозависимость особенностей и проблем транспортировки

лесоматериалов автомобильным транспортом

Библиографическое описание

1. Стороженко, С. С. Повышение эффективности транспортно-технологического процесса лесопромышленных предприятий на базе логистико-математических моде-лей : дис. … канд. техн. наук. – Санкт-Петербург, 2003. – 210 с.

2. Еналеева-Бандура, И. М. Обоснование транспортных схем поставки лесопро-дукции в условиях Восточной Сибири : дис. … канд. техн. наук. – Красноярск, 2018. – 167 с.

Проблемы функционирования транспортно-технологического

процесса предприятий лесной отрасли

Основные особенности транспортировки лесоматериалов автомобильным транспортом

• Неравномерность рассосредото-ченность грузопотоков древесины из различных частей лесосырьевой базы.

• Неравномерность объемов вывозок по времени года.

• Трудности комплектования парка подвижного состава и его рациональ-ного использования.

• Холостые пробеги подвижного со-става в обратном направлении.

• Трудности полного использования грузоподъемности подвижного соста-ва.

• Увеличение расстояния перевозки лесоматериалов.

• Выраженная сезонность. • Низкая концентрация древе-

сины в древостое. • Географическая разобщен-

ность мест заготовки и мест пе-реработки предмета труда.

• Собирательный характер ра-боты.

• Применение специального подвижного состава.

• Односторонность грузопотока. • Периодическое изменение ме-

стонахождения погрузочных пунктов.

• Ограниченный срок действия участков дороги и необходимость строительства новых путей.

9

УДК 625.711.84

А. А. Анисимов, студент; В. А. Шувалова, магистрант И. М. Еналеева-Бандура, кандидат технических наук, доцент Сибирский государственный университет науки и технологий

имени академика М. Ф. Решетнёва, Красноярск [email protected], [email protected], [email protected]

Об основных особенностях транспортировки

и возможных схемах перевозки лесоматериалов автомобильным транспортом

Представлены основные особенности транспортировки и возможные схемы

транспортировки лесоматериалов от производителей до потребителей автомо-бильным транспортом.

Ключевые слова: автомобильный транспорт леса, оптимизация, особенности транспортировки, рациональный способ доставки, принципы логистики.


Транспортно-технологический процесс поставки лесоматериалов от про-изводителей до потребителей имеет собственную отраслевую специфику. Данная специфика является рычагом формирования неких особенностей дан-ного процесса, отличного от транспортного процесса других отраслей народ-ного хозяйства. Основные особенности транспортировки лесоматериалов автомобильным транспортомпредставлены на рисунке.

Анализируя материал данный материал, не сложно прийти к заключению, что указанные особенности формируют различные технологические схемы вывозки в зависимости от природных и производственно-организационных условий:

– прямая вывозка, при которой древесину вывозят от места валки (от пня) до конечного пункта без перегрузок. Такие схемы в принципе весьма рацио-нальны. Однако их осуществление встречает ряд осложнений: трудность соз-дания подвижного состава, одинаково эффективного при движении по лесо-секе (без дорог) и по дорогам, трудности обработки деревьев на лесосеке для удобной их перевозки и др. Поэтому прямая вывозка сейчас применяется редко, только на малые расстояния и в основном по тракторным дорогам;

– одноступенчатая вывозка, при которой древесина сначала транспорти-руется (трелюется) по лесосеке (с незначительной подготовкой путей-волоков) к лесовозным дорогам, где ее грузят на транспортные средства, – автомобили, автопоезда, железнодорожные вагоны-сцепы или платформы,

© Анисимов А. А., Шувалова В. А., Еналеева-Бандура И. М., 2021

10

а затем вывозят на нижние склады или потребителям. Сейчас наиболее рас-пространена именно одноступенчатая вывозка древесины;

– многоступенчатая вывозка, при которой в отличие от одноступенчатой, кроме погрузки после трелевки на лесосеке, предусматриваются дополни-тельные перегрузки древесины на промежуточных пунктах лесовозных до-рог, как правило, на их магистралях, при этом по усам и веткам лес вывозят на автопоездах легкого типа (первая ступень), а от перегрузочных пунктов по магистралям – автопоездами более тяжелых типов. Здесь возможны различ-ные варианты, в частности при двухступенчатой вывозке, применение на обеих ступенях одного типа поездов, но с разделением процесса вывозки леса по времени (первая ступень зимой, вторая – летом).

Основные особенности транспортировки лесоматериалов

автомобильным транспортом

Схемы организации процесса перевозки При больших расстояниях вывозки леса (более 50 км) по дорогам, значи-

тельную часть которых составляют усы и ветки, особенно сезонного дейст-вия, двухступенчатая вывозка может оказаться эффективной, так как обеспе-чивает ритмичность (равномерность), а также сокращение затрат на строи-

• Выраженная сезон-ность

• Низкая концентра-ция древесины в древо-стое

• Географическая ра-зобщенность мест заго-товки и мест перера-ботки предмета труда

• Собирательный характер работы

• Применение спе-циального подвиж-ного состава

• Односторонность грузопотока

• Периодическое из-менение местонахож-дения погрузочных пунктов

• Ограниченный срок действия участков до-роги и необходимость строительства новых путей

Связанные с природно-

климатическими условиями

Связанные с характером предмета труда

Связанные с дорожными условиями

Основные особенности транспортировки лесоматериалов автомобильным транспортом

11

тельство дорог и более рациональное использование подвижного состава. К многоступенчатой вывозке относятся транспортно-технологические схемы с грузосборочными дорогами, к которым примыкают лесовозные дороги не-скольких леспромхозов, а в местах примыкания располагаются перегрузоч-ные пункты [1–4].

При каждой из перечисленных разновидностей древесина может выво-зиться в виде деревьев, хлыстов, сортиментов, корней, щепы, сучьев на ниж-ние склады у железных и автомобильных дорог общей сети, а также на дере-вообрабатывающие предприятия. Выбор той или другой транспортно-технологической схемы вывозки леса для конкретных условий определяется технико-экономическим расчетом. С точки зрения организации перевозочно-го процесса возможны три основные схемы (таблица).

Схемы организации перевозочного процесса

*Примечание: 1, 2 – грузоотправитель или грузополучатель.

Первая схема организации перевозок наиболее простая с точки зрения планирования, «один к одному», когда перевозка груза осуществляется в те-чение дня (рейса) между одним отправителем и получателем, не требует от автотранспортного предприятия решения ни транспортной задачи, ни задачи маршрутизации. Планирование деятельности в случае организации перевозки по схеме 2, («один ко многим») требует решения задачи маршрутизации, ко-торая включает в себя:

– решение задачи «увязки» ездок, если между грузоотправителями и грузо-получателями перевозка осуществляется только по маятниковым маршрутам;

12

– задачи коммивояжера, если между грузоотправителями и грузополуча-телями перевозка осуществляется только развозочным (сборным и сборно-развозочным) маршрутам;

– двух вышеперечисленных типов задач, если при организации перево-зочного процесса используются как маятниковые, так и развозочные (сбор-ные и сборно-развозочные) маршруты.

Перевозка груза осуществляется по развозочному маршруту, если в каче-стве первого объекта выступает грузоотправитель и второго – грузополуча-тель, в противном случае организуется сборный маршрут. Когда первый и второй объект являются грузообразующими, грузопоглащающими пункта-ми, для перевозки груза используется сборно-развозочный маршрут [5].

Выводы и рекомендации Таким образом, исходя из специфики рассматриваемого нами будни груза

(древесины) все маршруты доставки утверждены и в большинстве случаев являются маятниковыми, и, соответственно, решается только задача «увязки» упор ездока на маршруте, поэтому нет необходимости включать в алгоритмы рациональной доставки лесного сырья схемы перевозок «один к одному», «многие к одному» и «один ко многим», как уже говорилось выше, в обозна-ченных случаях, требуется только решить задачу увязки рейсов, и затрудне-ний в планировании подобных перевозок не возникает [6].

Совершенно противоположная ситуация возникает при организации дви-жения по схеме «многие ко многим»: в данном случае требуется решить транспортную задачу, затем задачу маршрутизации (увязки рейсов). Причем вывозка по данным организационным схемам может быть прямой, односту-пенчатой или многоступенчатой в различных их вариациях. Данное обстоя-тельство порождает специфические (отраслевые) проблемы функционирова-ния транспортного процесса предприятий лесного комплекса.


1. Стороженко, С. С. Управление перевозкой древесины в Северо-Западном регио-не с применением логистического подхода / Деп. в ВИНИТИ. № 144-В, 2003. – 22 с.

2. Стороженко, С. С. Управление транспортно-технологическим процессом пере-возки древесины // Рациональное использование лесных ресурсов : материалы между-нар. науч.-практ. конф. – Йошкар-Ола, 2001. – С. 15–17.

3. Стороженко, С. С. Математическая модель транспортно-технологического процесса лесного комплекса // Информационные системы управления в лесном ком-плексе : материалы НТК. – Санкт-Петербург : ЛТА, 1999. – С. 45–47.

4. Стороженко, С. С. Оптимизация плана перевозки древесины в Северо-Западном регионе // Информационные системы управления в врея лесном вечо ком-плексе : материалы НТК. – Санкт-Петербург : ЛТА, 1999. – С. 42–44.

5. Сергеев, В. И. Управление цепями поставок : учебник для бакалавров и магистров. – Москва : Юрайт, 2015.

6. Пластуняк, И. А. Применение принципов логистики при организации грузовых автомобильных перевозок : дис. …канд. экон. наук. – Санкт-Петербург, 2003. – 148 с.

13

УДК 621.43:681.51

И. Р. Ахметьянов, кандидат технических наук, доцент Д. А. Гусев, кандидат технических наук, доцент

Р. Р. Ибрагимов, кандидат технических наук, доцент Башкирский государственный аграрный университет, Уфа

[email protected], [email protected], [email protected]

Влияние системы крепления газовых баллонов на их резонансные свойства

Рассматриваются резонансные явления силовой структуры газовых баллонов,

возникающие под действием вибраций от силовой установки и дорожного полотна. Для определения резонансных свойств была построена трехмерная твердотельная модель баллона, заданы точки крепления и нагрузки и проведено численное исследова-ние в программе APMFEM. По результатам расчета предложен метод снижения вероятности возникновения резонансных явлений путем изменения расположения точек крепления газовых баллонов. Расчет, проведенный для каждого из вариантов расположения крепления, выявил зависимость частоты собственных колебаний за-крепленного баллона от расположения точек крепления его к остову автомобиля. В результате было определено оптимальное расположение точек крепления балло-нов, обусловившее максимальную частоту собственных колебаний закрепленного баллона.

Ключевые слова: газовый баллон, резонанс, частота собственных колебаний, частотный анализ, модальный анализ, автотракторная техника.

Введение

Баллоны для хранения газомоторного топлива подвержены большим на-грузкам от внутреннего давления газа и воздействия вибраций от силовой установки и ходовой части, передающимся на баллон через систему крепле-ния, причем абсолютное значение вибрационных нагрузок пренебрежимо мало по сравнению с нагрузками от давления газа. Однако вибрационные нагрузки могут вызвать резонансные явления, что приводит к резкому воз-растанию амплитуды колебаний стенок баллона. Важным параметром явля-ется определение частот собственных колебаний элементов автотракторной техники. Конструкция считается удовлетворительной с точки зрения вибра-ционной прочности, если основные гармоники не попадают в диапазон час-тот возмущающих внешних воздействий. В ином случае производится опти-мизация конструкция таким образом, чтобы исключить этот эффект [1].

Некоторые двигатели, например, шести- и десятицилиндровые V-образ-ные двигатели с углом развала 90°, имеют неравномерное чередование рабо-чих ходов, в этом случае частота действия реактивного момента вдвое мень-

© Ахметьянов И. Р., Гусев Д. А., Ибрагимов Р. Р., 2021

14

ше. Частота этих вибраций лежит в диапазоне от 40 до 500 Гц и зависит от частоты вращения коленчатого вала ДВС [2].

В случае попадания баллона в резонанс существенно увеличивается де-формация силовой структуры баллона, что приводит к появлению усталост-ных повреждений. Наибольшую опасность представляет основная частота резонанса, а гармоники в данной работе не рассматриваются ввиду малой амплитуды. При конструировании баллонов необходимо, чтобы собственные частоты колебаний газовых баллонов были ниже, чем частота вибрационных воздействий [3, 4].

Трехмерная модель баллона и определение его частотных свойств Исследования резонансных свойств проводились с помощью программ

ANSYSR21 и APMFEM. По чертежам наиболее распространенных стальных баллонов для сжатого природного газа 1-го типа (диаметр 219 мм, длина 1660 мм) выполнена трехмерная твердотельная модель [5], учитывающая распо-ложение креплений баллона к остову автомобилю (рис. 1).

Рис. 1. Трехмерная модель баллона высокого давления

Варианты расположения точек крепления баллона показаны на рисунке 2. В процессе исследования частотных свойств были рассмотрены две фор-

мы деформаций: радиальная деформация с сохранением продольной оси бал-лона и поперечный изгиб баллона без изменения сечения [2]. На рисунке 3 показаны формы деформаций.

При помощи программного обеспечения APMFEM были определены час-тотные свойства баллонов. Частотный анализ показал, что собственная час-тота колебаний баллона (рис. 2, а) составляет 470 Гц. Это значение попадает в диапазон частот воздействия от реактивного момента ДВС, что может вы-

15

звать резонансные явления в баллоне. Для предотвращения резонансных яв-лений необходимо повысить частоту собственных колебаний закрепленного баллона.

а

б

в

г

Рис. 2. Варианты расположения точек крепления баллона

Одним из решений, наиболее применимых в условиях автотранспортных предприятий, является предложенное авторами изменение расположения точек крепления баллона. Результаты компьютерного моделирования в раз-личных вариантах расположения крепления представлены на диаграмме (рис. 4).

Произведенный численный эксперимент показал, что при расположении задней опоры на расстоянии 1120 мм от передней, обеспечивает макси-мальную частоту собственных колебаний закрепленного баллона, равную 566 Гц. При дальнейшем смещении опоры, резонансная частота стала по-вышаться. Результатом проведенной работы является способ оптимизации крепления баллонов, который позволяющий вывести частоту собственных колебаний баллона из диапазона частот, в котором возможны опасные ре-зонансные явления, вызывающие усталостные повреждения силовой струк-туры баллонов.

16

а

б в

Рис. 3. Виды деформаций баллонов: а – радиальная деформация с сохранением продольной оси баллона; б – поперечный изгиб баллона, без изменения сечения

Рис. 4. График зависимости резонансной частоты закрепленного баллона

от расположения заднего крепления

17


1. Изготовление металлокомпозитных баллонов / С. П Семенищев, В. П. Глухов, П. П. Мерзляков, О. В. Килина, В. К. Попов // Транспорт на альтернативном топливе. – 2013. – № 3 (33). – С. 19.

2. Tarkhova, L., Tarkhov, S., Nafikov, M., Akhmetyanov, I., Gusev, D., Akhmarov, R. Info-graphics and their application in the educational process. International Journal of Emerging Technologies in Learning, 2020, vol. 15, no. 13, pp. 63-80.

3. Неговора, А. В. Проектирование газовых баллонов сложной формы, работаю-щих под давлением / А. В. Неговора, И. Р. Ахметьянов, Д. А. Гусев // Чтения академи-ка В. Н. Болтинского : сборникстатей. – 2020. – С. 152–159.

4. Vasiliev, V. V., Gurdal, Z. Optimal Design – Theory and Applications to Materials and Structures. Lancaster: Technomic, 1999. 320 p.

5. Неговора, А. В. Исследование влияния формы на прочностные характеристики композитных баллонов для компримированного природного газа/ А. В. Неговора, Д. А. Гусев // Вестник Башкирского государственного аграрного университета. – 2020. – № 4 (56). – С. 117–12.

18

УДК 629.113

А. Ю. Барыкин, кандидат технических наук, доцент Набережночелнинский институт (филиал)

Казанского (Приволжского) федерального университета [email protected]

Влияние режима движения и окружающей среды

на техническое состояние межколесного дифференциала Рассмотрены вопросы нагруженности межколесного дифференциала автомобиля

при движении в различных условиях. Показана необходимость обеспечения перемен-ного внутреннего трения в дифференциале. Сделаны выводы о взаимосвязи эксплуа-тационного состояния дифференциала и параметров внешней среды.

Ключевые слова: автомобиль, межколесный дифференциал, блокировка диффе-ренциала, внутреннее трение, коэффициент блокировки, температурный режим.

Введение

Межколесный дифференциал является составной частью ведущего моста в большинстве конструкций современных автомобилей. Чаще всего использу-ется конструкция с коническими зубчатыми колесами и малым внутренним трением, которое обеспечивается за счет применения антифрикционных ко-лец или соответствующего покрытия. При необходимости повышения тяго-вых свойств и проходимости автомобиля применяется принудительная меха-ническая блокировка дифференциала. Такая блокировка обычно реализуется за счет соединения одной из полуосевых шестерен и корпуса дифференциала зубчатой муфтой, управляемой дистанционно [1].

Реже используются дифференциалы, повышенное внутреннее трение ко-торых определяется конструкцией или регулируется по различным алгорит-мам, задаваемым внешним управлением. К первым относятся различные ва-рианты самоблокирующихся дифференциалов (кулачковые, червячно-винтовые, фрикционные с дисками трения, вязкостные). Ко вторым – диффе-ренциалы с муфтами трения, управляемыми электронным процессором в за-висимости от информации, которая поступает от контрольных датчиков.

Влияние конструкции дифференциала на рабочие процессы автомобиля

Конструкция дифференциала определяет закономерности рабочих про-цессов, происходящих при эксплуатации автомобиля в различных условиях. Интенсивность нагружения деталей заметно изменяется в зависимости от режима движения, состояния дорожного покрытия и окружающей среды.

© Барыкин А. Ю., 2021

19

Например, при частом маневрировании автомобиля или буксовании одного из колес в коническом дифференциале возрастает нагруженность пар трения «сателлит – крестовина» и «сателлит – корпус дифференциала». Следствием такого нагружения может быть нагрев и ускоренный износ деталей, а в неко-торых случаях – заклинивание вследствие объемного расширения [2]. Суще-ственное значение в таких ситуациях имеет конструкция и материал анти-фрикционных шайб или антифрикционного покрытия (рис. 1.).

Рис. 1. Конический симметричный дифференциал со следами износа

Влияние режима движения При прямолинейном движении происходит местное нагружение контакти-

рующих поверхностей сателлитов, шипов крестовины и чашек, следствием которого может быть их смятие или пластическая деформация [3]. При взаи-модействии зубьев сателлитов и полуосевых шестерен действуют изгибные напряжения. Принято считать, что каждый сателлит передает окружные уси-лия двумя зубьями одновременно, и нагрузка распределяется между сателли-тами равномерно [4]. Однако на практике возможно возникновение разности осевых усилий, что приводит к дополнительному нагружению деталей, не учитываемому в расчетах. В силу неточностей изготовления, износа в про-цессе эксплуатации, люфта в соединениях и других эксплуатационных фак-торов контакт зубьев происходит в неодинаковых условиях. Соответственно, отличаются и нагрузки, действующие при передаче крутящего момента от главной передачи к ведущим колесам. Поэтому целесообразно учитывать не-равномерность нагружения зубьев сателлита путем введения корректирую-щих коэффициентов в зависимость, определяющую величину окружного усилия.

20

Влияние окружающей среды Помимо режима движения на условия нагружения деталей дифференциа-

ла оказывает влияние и окружающая среда. Как уже отмечалось выше, интен-сивное вращение сателлитов в нестационарном режиме нагружения может стать причиной перегрева и заклинивания деталей. Такая ситуация более ве-роятна при эксплуатации в жаркое время года. Дополнительным фактором здесь является снижение смазочных свойств трансмиссионного масла, проис-ходящее при чрезмерном нагреве. Нарушение масляной пленки в парах тре-ния скольжения может являться причиной возникновения задиров.

Однако наиболее существенное влияние природной среды проявляется при эксплуатации автомобилей в зимних условиях, особенно в регионах Си-бири и Крайнего Севера [5]. Крайне низкие температуры атмосферного воз-духа в сочетании с его подвижностью являются весьма неблагоприятными факторами, определяющими наряду с другими причинами сокращение пе-риодичности технического обслуживания, увеличение частоты возникнове-ния отказов и неисправностей [6].

Ведущие мосты автомобиля подвержены влиянию природных факторов в максимальной степени, на что указывает опыт дорожных исследований полноприводных автомобилей [7]. Как в начале движения, так и во время прохождения маршрута температура деталей моста и трансмиссионного мас-ла может опускаться до значений окружающей среды, временно возрастая при передаче крутящих моментов. Такое возрастание, как показывают прове-денные исследования [8], носит местный характер и приводит к заметному градиенту температур для отдельных деталей, что не способствует сохране-нию их прочности.

Тепловой баланс деталей в значительной степени связан с условиями смазки. Циркуляция масла внутри картера дифференциала определяет усло-вия работы пар трения скольжения, перечисленных выше. Интенсивное пе-ремешивание масла способствует прогреву деталей до более благоприятных температур. Особенно это важно для случаев преимущественно прямолиней-ного движения автомобиля, когда интенсивность проворота сателлитов отно-сительно невелика.

Рост внутреннего трения в дифференциале при действии низких темпера-тур приводит к повышению степени блокировки. Это повышение является невысоким по сравнению с характеристиками самоблокируемых дифферен-циалов, но в некоторых случаях может стать причиной ухудшения управляе-мости и устойчивости автомобиля [9].

Влияние принудительной блокировки дифференциала Применение принудительной блокировки дифференциала создает опреде-

ленный режим работы, при котором сателлиты передают осевые усилия в некотором неравном, заданном в момент включения, соотношении. Причи-ны неравенства, указанные выше, приводят к дополнительному нагружению

21

зубчатых колес во время движения в сложных дорожных условиях, как пра-вило на низшей передаче коробки передач, а в некоторых случаях – на низ-шей передаче раздаточной коробки. Такой режим нагружения может стать причиной сокращения срока службы деталей и выхода из строя дифферен-циала.

Исключение принудительной блокировки возможно за счут применения дифференциалов с переменным внутренним трением. Это названные ранее дифференциалы, блокировка которых осуществляется вязкостными муфтами или программно управляемыми фрикционными муфтами. Преимуществами таких механизмов является автоматичность работы, распределение крутящих моментов в соответствии с возникающим сопротивлением движению веду-щих колус. Недостатками можно считать относительную сложность конст-рукции и большую стоимость.

Заключение Применение любой из перечисленных конструкций дифференциалов с пе-

ременным внутренним трением потребует проведения исследования взаимо-связи выходных параметров и нагруженности узла с внешними эксплуатаци-онными факторами. Наиболее эффективным средством обеспечения опти-мального режима эксплуатации дифференциала и ведущего моста в целом является применение системы бортового подогрева. Реализация такой систе-мы может быть осуществлена различными способами.

Работоспособность межколесного дифференциала достаточно важна для обеспечения нормального технического состояния трансмиссии. Поддержа-ние рационального теплового режима узлов трансмиссии за счёт бортовых средств терморегуляции будет способствовать высокой эксплуатационной надёжности автомобиля в целом.


1. Агрегаты трансмиссии автомобилей КамАЗ. Устройство, эксплуатация, техниче-ское обслуживание и ремонт от КамАЗа 5320 до КамАЗа 6520 / составители: А. В. Савинков, А. И. Козадаев [и др.] ; под общ. ред. В. А. Ильченко. – 2-е изд., испр. и доп. – Набережные Челны : ОАО «КАМАЗ», 2008. – 820 с.

2. Барыкин, А. Ю. Оценка факторов, определяющих условия эксплуатации привода колес // Архитектурно-строительный и дорожный комплексы: проблемы, перспективы, новации : материалы международной научно-практической конференции (Омск, 7–9 декабря 2016 г.). – Омск : СибАДИ, 2016. – С. 541–545.

3. Восстановление деталей автомобилей КамАЗ / Р. А. Азаматов [и др.]. – Вологда : Полиграфист, 1994. – 215 с.

4. Осепчугов, В. В. Автомобиль: Анализ конструкций, элементы расчета: учебник для студентов вузов по спец. «Автомобили и автомобильное хозяйство» / В. В. Осепчугов, А. К. Фрумкин. – Москва : Машиностроение, 1989. – 304 с.

5. География России. – URL : http://https://geographyofrussia.com/minimalnaya-temperatura-vozduxa/ (дата обращения 17.04.21).

22

6. Курдин, П. Г. Современные проблемы эксплуатации автомобилей в условиях низких температур независимо от климатической зоны / П. Г. Курдин, Ю. К. Филип-пов, В. А. Токарев // Итоговая научная конференция (Набережные Челны, 2018 г.) : сборник докладов. – Набережные Челны : ИПЦ Набережночелнинского института К(П)ФУ, 2018. – С. 62–73.

7. Платонов, В. Ф. Полноприводные автомобили. – 2-е изд., перераб. и доп. – Мо-сква : Машиностроение, 1989. – 312 с.

8. Барыкин, А. Ю. Исследование нагруженности ведущих мостов грузового авто-мобиля КамАЗ / А. Ю. Барыкин, Р. Х. Тахавиев, С. В. Горбачев // Интеллект. Иннова-ции. Инвестиции. – 2020. – № 3. – С. 111–118.

9. Конструкция автомобиля. Шасси / Н. В. Гусаков, И. Н. Зверев, А. Л. Карунин [и др.] ; под общ. ред. А. Л. Карунина. – Москва : МАМИ, 2000. – 528 с.

23

УДК 621.113.066

А. А. Байбакова, кандидат технических наук, доцент Е. А. Блинов

Тихоокеанский государственный университет, Хабаровск [email protected]

Оценка износостойкости автомобильного сцепления

В данной статье применяется графоаналитический метод расчета буксования

сцепления с учетом рабочих процессов, происходящих в сцеплении при его буксовании, что позволит качественно улучшить результаты расчетов.

Ключевые слова: сцепление, работа буксования, надежность, долговечность, из-носостойкость, срок службы сцепления.

Введение

Износостойкость автомобильного сцепления определяет его срок службы. Износ сцепления зависит в основном от работы буксования сцепления.

В литературе имеются расчетные формулы работы буксования, базирую-щиеся на статистической обработке экспериментальных данных, без учета рабочих процессов в сцеплении.

В данной работе приводится графоаналитический метод расчета работы буксования на основе анализа рабочих процессов в сцеплении.

Расчет работы буксования при рабочих процессах сцепления Как известно, работа буксования происходит как при трогании с места,

так и при переключении передач. Наибольшая работа буксования – при тро-гании автомобиля с места.

Именно для этого случая проводится расчет работы буксования. Баланс моментов, приложенных к коленчатому валу и первичному валу

коробки передач: – коленчатому валу max ;m mMc Me j= + ε ⋅ – первичному валу КП: ,a aMc M jψ= + ε ⋅

где ,m aε ε – соответственно, угловое замедление и ускорение коленчатого вала и первичного вала коробки передач.

Графически процесс трогания автомобиля с места можно представить, как показано на рисунке 1.

Примем, что закон изменения угловых скоростей коленчатого вала двига-теля и первичного вала коробки передач линейный, тогда в любой промежу-точной точке

0 .e m dtω = ω − ε ⋅ © Байбакова А. А., Блинов Е. А., 2021

24

Рис. 1. График трогания автомобиля с места

Элементарная работа буксования, совершаемая на коленчатом вале и пер-вичном вале коробки передач за время dt:

– на коленчатом вале: ;e mdL Mc dt= ⋅ω ⋅ – на первичном вале коробки передач: .a adL Mc dt= ⋅ω ⋅ Работа буксования за время dt:

( ) .e a m adL dL dL Mc dt= − = ⋅ ω − ω ⋅

Работа буксования за период включения сцепления:

( )0

0,

t

m aL Mc dtδ = ω − ω∫

где ( )0

0

t

m a dtω − ω∫ – угол буксования.

Величина интеграла представляет собой площадь заштрихованного тре-угольника на рисунке 1.

Таким образом, 0 0 .2

tL Mcδ

ω ⋅=

Подставляем значение 0 ,t получим:

20 ,

12 1 1

a m

a m

j jL

Mj j

Mc

δψ

ω ⋅ ⋅=

⎡ ⎤⎛ ⎞⎛ ⎞⋅ − + −⎢ ⎥⎜ ⎟⎜ ⎟β⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎣ ⎦

25

где 0 0,75 Nω = ⋅ω – для дизельных двигателей; 0 0,5 Nω = ⋅ω –для бензиновых двигателей; Nω – угловая скорость коленчатого вала двигателя при максимальной

мощности двигателя; M ψ – момент сопротивления движению при трогании, приведенный

к ведущему валу коробки передач (для горизонтальной асфальтовой дороги ψ = 0,015…0,020).

Расчет производится для легковых автомобилей на первой передаче, для грузовых автомобилей – на второй передаче.

Работа, рассчитанная по данной методике, минимально возможная, а динамические нагрузки будут максимальными вне зависимости от плавно-сти включения (включение мгновенное).

Оценка износостойкости проводится по удельной работе буксования уд :L

уд ,L L Fδ Σ=

где FΣ – суммарная площадь фрикционных накладок сцепления. Удельная работа буксования при указанных выше условиях обычно нахо-

дится в следующих пределах: – для легковых автомобилей удL⎡ ⎤⎣ ⎦ = 50…70 Дж/см2;

– для грузовых автомобилей удL⎡ ⎤⎣ ⎦ = 50…120 Дж/см2;

– для автопоездов удL⎡ ⎤⎣ ⎦ = 10…40 Дж/см2.

В зависимости от конструкции сцепления уд :L⎡ ⎤⎣ ⎦ – для однодискового сцепления 196…245 Дж/см2; – для двухдискового сцепления 147…167 Дж/см2.

Заключение Работа буксования сцепления получена с использованием графоаналити-

ческого метода на основе анализа процесса трогания автомобиля с места и поэтому имеем четкий физический смысл.

Анализ работы буксования, рассчитанный по данной методике, показыва-ет, что Lδ резко возрастает при трогании автомобиля с места, при высокой частоте вращения коленчатого вала ( ) ,eω большой массе автомобиля, с при-

цепом и при трогании автомобиля с места на высшей передаче ( )тр ,u а также

при увеличении , ,mj Mψ но Lδ уменьшается при увеличении , .Mcβ

26

Данная работа может представлять интерес как для специалистов в облас-ти проектировании сцепления, так и для студентов и преподавателей вузов в их научно-исследовательской деятельности.


1. Вахламов, В. К. Автомобили: эксплуатационные свойства. – Москва : Академия, 2005. – 240 с.

2. Гришкевич, А. И. Проектирование трансмиссий автомобилей : справочник. – Москва : Машиностроение, 1984. – 272 с.

3. Конструирование и расчет автомобиля / П. П. Лукин [и др.]. – Москва : Маши-ностроение, 1984. – 376 с.

4. Осепчугов, В. В. Автомобиль. Анализ конструкции и элементы расчета / В. В. Осепчугов, А. К. Фрумкин. – Москва : Машиностроение, 1989. – 304 с.

27

УДК 656.136: 658.53

Р. Б. Баязитов Уфимский филиал Финансового университета при Правительстве Российской Федерации

Х. А. Фасхиев, доктор технических наук, профессор Уфимский государственный авиационный технический университет

[email protected]

Влияние способа приобретения на экономическую эффективность грузового автомобиля в эксплуатации

Выявлены преимущества и недостатки различных способов приобретения грузо-

вых автомобилей. Разработана методика оценки влияния способа приобретения гру-зового автомобиля на его экономическую эффективность в эксплуатации за жизнен-ный цикл. Практическое применение методики показано на примере расчета эконо-мической эффективности двух развозных автомобилей, приобретенных в лизинг, за счет собственных и кредитных средств. Расчеты произведены для покупателя юри-дического лица и индивидуального предпринимателя.

Ключевые слова: грузовой автомобиль, экономическая эффективность, лизинг, лизинговый платеж, кредит, денежный поток, чистый дисконтированный доход.

Введение

При обновлении парка транспортных средств у менеджмента организации возникает естественный вопрос по выбору способа приобретения подвижно-го состава. Основные фонды могут быть куплены за счет собственных средств, в кредит или лизинг. В публикациях на вопрос, какой способ приоб-ретения основных фондов наиболее выгодный, невозможно получить одно-значный ответ. Например, в работах [1–3] при анализе способов приобрете-ния автотранспортных средств перечислены в сравнительном аспекте пре-имущества и недостатки той или иной схемы в момент приобретения объекта. При этом этап эксплуатации транспортного средства, где проявля-ются особенности схем покупки автомобиля, авторами не рассматривается. Такой подход к принятию управленческих решений может привести к суще-ственным потерям хозяйствующего субъекта. Экономическая эффективность коммерческого транспорта определяется на основе расчета денежных пото-ков при его эксплуатации, а способ приобретения непосредственно сказыва-ется в денежных потоках [4]. Такая зависимость обусловлена, в частности, особенностями налогообложения объекта лизинга, применением в лизинго-вых схемах финансирования инвестиций ускоренной амортизации, принад-лежностью объекта лизинга лизингодателю и др. При финансовом лизинге лизингополучатель окупает сумму, равную авансовому платежу, остальная

© Баязитов Р. Б., Фасхиев Х. А., 2021

28

часть стоимости объекта в виде амортизационных отчислений входит состав лизингового платежа. Лизинговые платежи относятся к себестоимости про-дукции или услуг. Следовательно, налогооблагаемая прибыль при лизинго-вом и кредитном финансировании инвестиций будут отличаться. Кроме того, условия покупки по разным схемам многообразны, имеют свои специфиче-ские особенности. Так, лизингодатели часто предоставляют лизингополуча-телям скидки, чего может не быть при приобретении того же объекта в кредит. Некоторые производители продукции, например, ПАО «КамАЗ», име-ют дочерние лизинговые компании, которые предоставляют существенные льготы получателям лизинга, оказывают сопутствующие услуги по обслужи-ванию лизингового оборудования. Лизинговая компания «КамАЗ», например, сейчас реализует акцию «Легкий старт», по которой на семейство самосвалов КамАЗ-6520 предоставляется скидка в размере 350 тыс. руб., на семейство КамАЗ-65115 – 250 тыс. руб. Кроме того, на эти автомобили снижена ставка лизинга, клиенту предоставляется бонус на выбор – топливная карта или ли-зинговые каникулы.

Лизинговая схема инвестирования С каждым годом в России все шире распространяется лизинговая схема

инвестирования в основные фонды. Так, объем новых лизинговых контрак-тов в 2018 г. достиг рекордной для этого бизнеса суммы – 1,31 трлн руб., что на 20 % больше результатов 2017 г. (рис. 1).

Рис. 1. Индикаторы развития рынка лизинга

За первое полугодие 2019 г. было заключено лизинговых договоров на 730 млрд руб., что на 13 % больше аналогичного периода прошлого года. Рынок лизинговых услуг развивается прежде всего за счет предоставления в лизинг коммерческого транспорта. Транспортные средства – это высоколи-квидный товар, который является надежным обеспечением кредитных сде-

29

лок. В 2018 г. 84,7 % лизингового рынка пришлось на транспортные средства. Доля автотранспорта составляла 34,6 % рынка, железнодорожной техники – 25,9 %. Объем нового бизнеса в сегменте железнодорожного транспорта за год вырос на 49 %, лизинга автомобилей – на 19 %. На автомобильном сег-менте на 10 % увеличилось число операторов, предоставляющих в лизинг автотранспорт. В рынке автолизинга за год было заключено 230 тыс. лизин-говых сделок [5].

Интенсивному росту лизингового рынка способствует снижение инфля-ции и ставок процента по кредитам, увеличение объемов и источников фи-нансирования лизинговых сделок, рост числа лизинговых компаний и улуч-шение качества предоставляемых ими услуг, появление новых лизинговых продуктов, предоставление всевозможных льгот участникам лизинговых сде-лок на федеральном и региональном уровнях. Развитие рынка лизинга в пер-вую очередь обуславливается существенными преимуществами лизинговой схемы финансирования инвестиций.

Можно отметить следующие преимущества лизинга основных фондов: 1) лизингополучателю предоставляется долгосрочный кредит до 70–90 %

стоимости оборудования. Лизингополучатель начинает эксплуатировать обо-рудование, не отвлекая большие денежные средства с оборота, не ухудшая пассивную статью баланса «займы и кредиты»;

2) лизинговые операции, как правило, осуществляются по фиксированной ставке, защищающей лизингополучателя от инфляционных колебаний;

3) авансовый платеж обычно небольшой – от 10 до 30 % стоимости лизин-гового имущества;

4) согласно пп. 10 п. 2 статьи 264 НК РФ, учет платежей по лизингу при расчете налога на прибыль происходит в полном объеме;

5) предприятие получает необходимое оборудование, в то время как кре-дит на его закупку может быть использован не по назначению;

6) лизингодатель за весь период договора остается собственником имуще-ства, что обеспечивает эффективность и надежность партнеров по бизнесу;

7) в конце срока объект лизинга, как правило, выкупается лизингополуча-телем по остаточной стоимости;

8) схема финансирования сделки гибкая; 9) требуется минимум гарантий от лизингополучателя, так как гарантией

является сам объект лизинга; 10) возможность оптимизировать затраты и сократить срок окупаемости

техники; 11) возможность сокращения срока амортизации основных средств

IV группы и выше до трех раз (пп. 1 п. 2 статьи 259.3 НК РФ); 12) применение ускоренной амортизации позволяет уменьшить базу по

налогу на имущество; 13) согласно письмам Минфина РФ № 03-04-15/131 от 7 июля 2006 г.

и № 03-03-04/1/348 от 9.11.2005 г. и на основании ст. 171 НК РФ у лизинго-

30

получателя есть право к ежемесячному выставлению вычета по НДС по ли-зинговым платежам;

14) согласно статье 357 НК РФ транспортный налог выплачивает та сто-рона, на которую зарегистрирован автомобиль. У лизингодателей в отдель-ных регионах могут быть льготы по транспортному налогу;

15) лизинговые компании предлагают множество видов дополнительных услуг.

Несмотря на указанные преимущества, однозначно утверждать, что ли-зинг является более выгодным способом приобретения автотранспортных средств нельзя. У лизинга есть и недостатки. Главный из них – жесткое тре-бование соблюдения сроков уплаты лизинговых платежей. Просрочка плате-жей приводит не только финансовым потерям в виде пеней и штрафов, но и может привести к досрочному расторжению договора лизинга. Лизинговое имущество является собственностью лизингодателя, поэтому лизингополуча-тель ограничен в действиях по отношению объекта лизинга. Лизингополуча-тели – субъекты малого бизнеса, перешедшие в упрощенную систему нало-гообложения, вынуждены платить НДС и налог на имущество, так как лизин-годатель платит эти налоги, следовательно, включает их в лизинговые платежи.

Методика оценки экономической эффективности грузового автомобиля

Преимущества и недостатки разных способов приобретения, экономиче-ской эффективности транспортных средств объективно можно оценить по истечению срока их эксплуатации. Методика оценки экономической эффек-тивности грузового автомобиля за жизненный цикл усложняется тем, что требуется достоверный прогноз как полученной выручки, так и текущих за-трат за период его эксплуатации. Общепринятой методики оценки экономи-ческой эффективности транспортных средств за жизненный цикл, учиты-вающей способ их приобретения, пока нет. Покупателю нужен надежный инструмент оценки выгоды той или иной схемы приобретения транспортных средств. Актуальность данной проблемы обуславливается тем, что у хозяйст-вующих субъектов имеется возможность выбора способа приобретения транспортных средств, а экономическая эффективность их в эксплуатации зависит от способа приобретения. Схема приобретения сказывается как на инвестиционных, так и на текущих расходах и налогах в период эксплуата-ции транспортных средств. Покупка автомобиля за счет собственных средств и в кредит транспортникам хорошо известна, а особенности лизингового фи-нансирования инвестиций еще не полностью раскрыты. Каждая лизинговая компания обычно устанавливает свою методику расчета лизинговых плате-жей, предлагает разные дополнительные услуги по сопровождению договора, что, естественно, отражается в экономической эффективности объекта лизин-га. По завершению лизингового срока в денежных потоках появляются «хво-

31

стовые эффекты». Так, по завершению срока лизинга лизингополучатель на-чинает платить транспортный налог, налог на имущество. При применении ускоренной амортизации обычно за лизинговый период автомобиль полно-стью амортизируется, и по истечению срока лизинга текущие затраты уменьшаются на величину амортизаций, следовательно, возрастает налог на прибыль.

Для коммерческого транспорта основным оценочным критерием является экономическая эффективность за период эксплуатации. Следовательно, про-блема выявления более выгодного способа приобретения подвижного состава может быть решена на основе оценки их экономической эффективности за жизненный цикл. При этом в расчетах сравниваемые объекты должны экс-плуатироваться в абсолютно одинаковых условиях, а также условия кредита и лизинга по срокам, стоимости капитала должны быть идентичными.

В данной работе для оценки экономической эффективности грузовых ав-томобилей за жизненный цикл был использован метод денежных потоков, изложенный в работах [6, 7]. Метод базируется на то положение, что покупа-тель автомобиля осуществляют инвестиции и заинтересован в окупаемости своих вложений, в приросте вложенного капитала. В соответствии с реко-мендациями по оценке эффективности инвестиционных проектов [8] эффек-тивность инвестиций оценивается сравнением результатов и затрат за жиз-ненный цикл проекта. При этом делается допущение, что в конце срока экс-плуатации объект инвестиции реализуется по остаточной стоимости. Разность доходов и текущих затрат, скорректированная на амортизационные отчисления, остаточная стоимость инвестиций формируют чистый денежный поток (ЧДП) (табл. 1).

Денежные потоки разных периодов путем дисконтирования приводят к начальному периоду. По величине дисконтированных денежных потоков (ДДП) рассчитывают следующие 7 показатели эффективности грузовых ав-томобилей [6]: 1) чистый дисконтированный доход (ЧДД); 2) дисконтирован-ные чистые расходы (ДЧР) 3) удельные дисконтированные чистые расходы (УДЧР); 4) рентабельность инвестиций (РИ); 5) внутренняя норма доходно-сти (ВНД); 6) текущая окупаемость (ТО); 7) бюджетный эффект (БЭ).

Основной критерий экономической эффективности инвестиций ЧДД по-казывает прирост капитала инвестора и рассчитывается по формуле

где Sэксп, Нпрп – эксплуатационные затраты и налоги с прибыли; Tn – период вложения инвестиций, лет; In – инвестиции n-го периода.

Анализ эффективности сравниваемых автомобилей сводится к сопостав-лению их ЧДД. Чем ЧДД у объекта больше, тем он экономически эффектив-нее. При ЧДД < 0 автомобиль за срок службы не окупается.

32

Таблица 1. Алгоритм расчета ЧДП от эксплуатации грузового автомобиля

* Величины с отрицательным знаком заключены в скобки. **Тф – тариф на перевозку, W – годовая производительность автомобиля.

На практике часто определение выручки от эксплуатации объекта инве-

стиций затруднено. Тогда экономическую эффективность инвестиций можно оценить по ДЧР:

сл слТ Т

0 0ДЧР ДТР Д ,n n

n n

I= =

= +∑ ∑ (2)

где ДТРn – дисконтированные текущие расходы n-го периода. Объемы работ за жизненный цикл у сравниваемых объектов обычно раз-

личны, поэтому для сопоставимости результатов определяют УДЧР:

Из-за особенностей системы налогообложения малого бизнеса расчет де-

нежных потоков для субъектов, перешедших на упрощенную систему нало-гообложения и на единый налог на вмененный доход (ЕНВД), имеет некото-рые особенности. Предприниматели без образования юридического лица (ПБОЮЛ) и организации, перешедшие на ЕНВД, при приобретении основ-ных фондов в лизинг становятся плательщиками налога на имущество, НДС, так как эти платежи включаются лизингодателем в лизинговый платеж. Кро-ме того, ПБОЮЛ не являются плательщиками налога на прибыль, следова-

33

тельно, у них нет возможности уменьшить налог на прибыль за счет отнесе-ния лизинговых платежей в себестоимость услуг. Отмеченные факты нега-тивно отражаются на экономической эффективности объекта лизинга, полу-ченного ПБОЮЛ.

Расчет оценки экономической эффективности Для снижения трудоемкости расчетов оценку экономической эффектив-

ности грузовых автомобилей рекомендуется вести в прикладной программе «Авто-инвест». Срок службы объектов может быть до 15 лет, шаг расчетов принимается в один год. Программа позволяет оперативно определить эко-номическую эффективность за период эксплуатации грузовых автомобилей, приобретенных по трем схемам: 1) за счет собственных средств, 2) по креди-ту, 3) по лизинговой схеме.

Объективность оценки и сопоставимость результатов сравниваемых гру-зовых автомобилей в «Авто-инвест» достигается за счет реализации следую-щих принципов:

– оценка объектов ведется с позиции потребителя за весь период их экс-плуатации;

– для сравниваемых автомобилей принимаются одинаковые условия экс-плуатации;

– в качестве объектов сравнения принимаются автомобили одного и то-гоже класса и назначения;

– доходы и расходы рассчитываются в текущих ценах; – денежные потоки для приведения к сопоставимому виду дисконтируются; – технико-эксплуатационные показатели сравниваемых автомобилей рас-

считываются с учетом их динамики по мере старения объектов; – оценка экономической эффективности ведется с учетом способа приоб-

ретения объектов сравнения; – капитальные затраты учитываются в тот период, в котором они осуще-

ствляются; – эксплуатационные затраты автомобилей определяются по формулам,

которые учитывают физические явления в транспортном процессе, конъюнк-туру рынка транспортных услуг (цены, тарифы);

– денежные потоки формируются с учетом положений по бухгалтерскому учету и Налогового кодекса РФ;

– оценка экономической эффективности для юридических лиц и ПБОЮЛ ведутся с учетом особенностей системы их налогообложения.

Для расчетов как исходные данные в «Авто-инвест» вводятся более 100 технико-эксплуатационных и экономических показателей сравниваемых мо-делей. В программе выручка определяется по тарифам на перевозку, выра-женным в руб./км или в руб./т·км. В составе затрат на перевозку учитываются лизинговые платежи, ускоренная амортизация, а также особенности расчета транспортного налога, налога на имущество, НДС, ОСАГО, остаточной

34

стоимости объекта в конце лизингового периода. В лизинговых схемах при-обретения автомобиля аванс и выкупная стоимость в конце срока лизинга относятся к инвестициям, а лизинговые платежи – к текущим затратам. В лизинговый период амортизация, транспортный налог, налог на имущест-во, затраты на техосмотр отражаются в составе лизингового платежа, так как объект лизинга находится в собственности лизингодателя.

В дальнейшем определим экономическую эффективность бортовых раз-возных автомобилей грузоподъемностью 5 тонн – КАМАЗ-4308 и МАЗ-4371 СО 522-060, приобретенных за собственные средства, в лизинг (табл. 2) и кредит. Для обеспечения сопоставимости результатов расчета экономиче-ской эффективности автомобилей, приобретенных по разным схемам, доля кредитных средств определялась как разность цены объекта и аванса по ли-зингу. Проценты по кредиту принимались равной стоимости привлеченных средств по лизингу. Срок кредита и срок лизинга при расчетах принимались равными 36 месяцев. Проценты по кредиту выплачивались в конце года и относились полностью на себестоимость перевозок.

Таблица 2. Условия лизинга сравниваемых бортовых автомобилей

Показатели КамАЗ-4308 МАЗ-4371СО 1. Цена автомобиля без НДС, руб. (на момент расчета) 2900000 2210000 2. Срок лизинга в месяцах 36 36 3. Комиссионное вознаграждение в год, % от средне-

месячной стоимости объекта лизинга 1 1 4. Процентная ставка по кредиту, %/ в год 12 12 5. Тариф страхования «КАСКО», % 1,8 1,8 6. Аванс, % от стоимости объекта лизинга 20 20 7. Страхование финансовых рисков, % от стоимости 2,45 2,45 8. Уровень инфляции за год, % 4,0 4.0 9. Ключевая ставка Центрального Банка, % 6,5 6,5 10. Коэффициент ускорения амортизации 3 3 11. Коэффициент льгот по транспортному налогу 0,5 1 12. Периодичность лизинговых платежей ежемесячно ежемесячно

Для расчета лизинговых платежей сначала была определена среднемесяч-

ная стоимость объекта лизинга и амортизационные отчисления (табл. 3) Из табл. 3 видно, что автомобиль КАМАЗ-4308 при ускоренной амортизации с коэффициентом 3 полностью амортизируется через 32 месяца, т.е. до за-вершения срока лизинга. Аналогичные расчеты были проведены и для срав-ниваемой модели МАЗ-4371. В дальнейшем с учетом приведенных в таблице 2 условий лизинга и данным таблицы 3 были рассчитаны помесячные и годо-вые лизинговые платежи по обоим объектам лизинга (табл. 4).

35

Таблица 3. Результаты расчета среднемесячной стоимости КАМАЗ-4308 (фрагмент)

Таблица 4. Годовые лизинговые платежи по автомобилю КАМАЗ-4308, руб.

Для определения экономической эффективности за жизненный цикл

в «Авто-инвесте» был произведен расчет денежных потоков за 8 лет эксплуа-тации автомобилей, приобретенных по трем схемам. В табл. 5 приведен рас-чет денежного потока лизингового КАМАЗ-4308. Аналогичные расчеты были произведены для сравниваемых моделей по трем схемам приобретения. Ус-ловия эксплуатации для обоих автомобилей были приняты одни и те же. Рас-четы осуществлялись для автомобилей, приобретенными как юридическими лицами, так и ПБОЮЛ, перешедшими на уплату ЕНВД.

Результаты расчета экономической эффективности сравниваемых развоз-ных автомобилей, приобретенных по трем схемам, приведены в таблицах 6 и 7.

36

Таблица 5. Расчет денежных потоков от эксплуатации лизингового КАМАЗ-4308, руб.

37

Таблица 6. Результаты расчета экономической эффективности автомобилей юридического лица

Таблица 7. Результаты расчета экономической эффективности автомобилей ПБОЮЛ

Полученные результаты оценки экономической эффективности автомо-

билей позволили сделать следующие выводы. 1. Наиболее выгодной схемой приобретения автомобиля для юридических

лиц, оплачивающих налоги по классической схеме, является лизинг. У лизин-гового КамАЗ-4308, например, для принятых условий расчета ЧДД на 484 тыс. руб. больше, чем у кредитного, и на 52 тыс. – чем у купленного за счет собст-венных средств. Аналогичные показатели получены и для МАЗ-4371.

2. Показатели рентабельности инвестиций, внутренней нормы доходно-сти, срок окупаемости у лизинговых автомобилей лучше, чем у автомобилей, приобретенных за счет собственных средств или в кредит.

3. Наименьшие удельные эксплуатационные затраты получились у авто-мобиля, приобретенного за счет собственных средств.

4. Для субъектов, перешедших на ЕНВД, более выгодной схемой приоб-ретения автомобиля является покупка за счет собственных средств, так как

38

в этом случае у автомобилей ЧДД больше, чем при покупке в кредит или ли-зинг. Это обусловлено тем, что лизинговые платежи и кредитные расходы не учитываются при расчете налоговой базы.

5. Срок окупаемости у лизинговых автомобилей при принятых условиях расчета в среднем на один год меньше, чем у кредитных автомобилей.

6. Показатели экономической эффективности автомобилей у ПБОЮЛ лучше, чем у автомобилей юридических лиц, что достигается за счет более низкого уровня налогообложения субъектов малого бизнеса.

7. Юридические лица в расчете на один автомобиль независимо от схемы его приобретения платят налоги в консолидированный бюджет в среднем в 2 раза больше, чем ПБОЮЛ.

8. Юридические лица наибольшую чистую прибыль получают при приоб-ретении автомобиля в лизинг, а ПБОЮЛ – при покупке автомобиля за счет собственных средств.

9. При принятых в данном примере условиях кредита и лизинга наиболь-шее удорожание автомобиля происходит при приобретении его в лизинг – в среднем на 24 %. Удорожание кредитных автомобилей составило 19 %.

Экономико-математическое моделирование процесса эксплуатации

Необходимо отметить, что результаты расчетов зависят от множества факторов: срока лизинга, стоимости кредитных ресурсов, периодичности платежей, метода расчета лизинговых платежей, ускорения амортизации, доли аванса, страны происхождения предмета лизинга, комиссии лизингода-теля, условий эксплуатации объектов лизинга и др.

Ответы на эти вопросы могут быть получены путем экономико-математического моделирования процесса эксплуатации лизингового авто-мобиля за жизненный цикл. Для этих целей идеально подходит вышеопи-санная методика расчета экономической эффективности автомобилей, реа-лизованная в прикладной программе «Авто-инвест». Для примера на ри-сунке 2 показана зависимость ЧДД, суммарных затрат на 1 км пробега от доли аванса, выражаемого в процентах от стоимости лизингового автомо-биля КАМАЗ-4308. С увеличением доли аванса ЧДД снижается, так как при этом растут первоначальные инвестиции, которые при расчете ЧДД вычи-тываются от суммарных дисконтированных денежных потоков. Лизинговые платежи относятся на себестоимость услуг. С увеличением доли аванса ли-зинговые платежи снижаются, поэтому снижаются и затраты на 1 км пробе-га. На ЧДД автомобиля также существенно влияет и процентные ставки по кредитам (рис. 3).

39

Рис. 2. Зависимость ЧДД и удельных затрат на пробег автомобиля КАМАЗ-4308

от величины аванса

Рис. 3. Зависимость ЧДД автомобиля КАМАЗ-4308 от процента за кредитные средства

40

Схема приобретения грузового автомобиля оказывает влияние также и на величину уплаченных в консолидированный бюджет налогов (рис. 4). Боль-ше всего налогов в бюджет поступает при приобретении автомобиля в ли-зинг, меньше всего – в кредит. С учетом этого обстоятельства государство может ослабить налоговую нагрузку участникам лизингового финансирова-ния обновления основных фондов. Например, для них может быть отменен транспортный налог, налог на имущество. Например, при нулевой ставке транспортного налога поступления в бюджет от лизингового автомобиля КАМАЗ-4308 за срок службы с учетом дисконтирования денежных потоков уменьшатся всего на 30 тыс. руб. – до 4491 тыс. руб. Стоит отметить, что при любой схеме приобретения грузового автомобиля ПБОЮЛ налоги платит в 2,3 раза меньше, чем юридическое лицо, работающее на классической сис-теме налогообложения.

Рис. 4. Зависимостьсуммы налоговв консолидированный бюджет от способаприобретения грузового автомобиля КАМАЗ-4308

Заключение Финансовый лизинг для юридических лиц является наиболее выгодным

способом приобретения грузовых автомобилей, т.к. показатели экономиче-ской эффективности автомобиля превосходят показателей автомобилей, при-обретенных в кредит или за счет собственных средств. Наименьший прирост капитала происходит при приобретении автомобиля в кредит. Моделирова-ние денежных потоков от эксплуатации грузовых автомобилей позволяет выбирать рациональные условия финансирования их приобретения, разраба-тывать меры по повышению их экономической эффективности.


1. Лизинг или кредит: счет 6:2 в пользу кредита. – URL: https://europlan.ru/ company/blog/816 (дата обращения: 13.11.2019).

2. Кредит или лизинг: как выгоднее приобретать автомобиль. – URL: https://tass.ru/ ekonomika/4731158 (дата обращения: 13.11.2019).

41

3. Березкин, М. 5 случаев, когда лизинг оказывается выгоднее, чем кредит. – URL: https://www.kolesa.ru/article/ezdit-ili-vladet-5-sluchaev-kogda-lizing-okazyvaetsya-vygodnee-chem-kredit (дата обращения: 13.11.2019).

4. Фасхиев, Х. А. По какой схеме приобрести транспортное средство? // Грузовое и пассажирское автохозяйство. – 2008. – № 7. – С. 27–32.

5. Рынок лизинга по итогам I-го полугодия 2019 года: коррекция роста. – URL: https://www.raexpert.ru/researches/leasing/1h2019 (дата обращения: 14.11.2019).

6. Фасхиев, Х. А. Оценка эффективности грузового автотранспорта / Х. А. Фасхи-ев, А. В. Крахмалева, З. Ф. Шигапова // Грузовое и пассажирское автохозяйство. – 2007. – № 6. – С. 23–31.

7. Фасхиев, Х. А. Технико-экономическая оценка грузовых автомобилей при разра-ботке / Х. А. Фасхиев, И. М. Костин. – Набережные Челны : КамПИ, 2002. – 480 с.

8. Коссов, В. В. Методические рекомендаций по оценке эффективности инвести-ционных проектов / В. В. Коссов, В. Н. Лившиц, А. Г. Шахназаров. – Москва : Эконо-мика, 2000. – 421 с.

42

УДК 656.136: 658.53 (043)

Р. Б. Баязитов Уфимский филиал Финансового университета при Правительстве Российской Федерации


[email protected]

Многокритериальная оценка подвижного состава автомобильного транспорта с целью выбора

Разработана трехступенчатая модель выбора подвижного состава для опреде-

ленных условий эксплуатации. В роли критериев оценки сравниваемых моделей авто-мобилей приняты такие интегральные показатели уровня их совершенства, как чис-тый дисконтированный доход за срок эксплуатации, коэффициент качества и коэф-фициент конкурентоспособности. Приведенная модель прошла апробацию на примере выбора седельных тягачей с полуприцепом для международных автомобиль-ных перевозок.

Ключевые слова: подвижной состав, автомобиль, перевозка, модель выбора, эко-номическая эффективность, качество, конкурентоспособность.

Введение

В транспортно-логистических системах основным элементом являются транспортные средства. В магистральных перевозках основная доля затрат по доставке грузов приходится на этап транспортировки. Выбор рационального для принятых условий перевозки подвижного состава (ПС) является одной из актуальных задач при планировании перевозок. Несоответствие выбранного ПС требованиям к нему условий перевозок приводит к снижению качества оказываемых услуг, их удорожанию. При подаче заявки на перевозку со сто-роны клиентов автотранспортным средствам (АТС) предъявляются следую-щие требования: 1) соответствие характеру и структуре грузопотока; парти-онности, объему, весу груза; дорожно-климатическим, погрузочно-разгрузоч-ным условиям эксплуатации; 2) обеспечение своевременности доставки и безопасности перевозки; 3) обеспечение сохранности груза; 4) удобство организации процессов. Цель перевозчика – получение желаемой прибыли от оказанных услуг, чего можно достичь тогда, когда выбранный ПС наиболее полно соответствует условиям планируемой перевозки.

Эффективность деятельности автотранспортного предприятия Эффективность и результативность автотранспортного предприятия

(АТП) определяется такими факторами, как состояние основных фондов,

© Баязитов Р. Б., Фасхиев Х. А., 2021

43

прежде всего транспортных средств; соблюдение графика технического обслуживания и ремонта АТС; уровень квалификации водителей и обслу-живающего персонала; система организации процессов; месторасположе-ние предприятия и др. Наиболее весомым фактором среди перечисленных является состояние парка ПС, что на сегодняшний день представляется проблемным для всего транспортного комплекса страны. Так, по состоянию на 2020 г. более 60 % парка грузовых автомобилей страны имеет возраст более 10 лет. Обновление парка ПС для многих АТП является основным резервом повышения ффективности их работы и улучшения финансовых результатов.

Результаты деятельности АТП могут быть улучшены путем воздействия на вышеназванные факторы. В статье рассматривается только один аспект повышения эффективности деятельности АТП – выбор рационального ПС для планируемых перевозок. Эффективность работы ПС непосредственно зависит целого ряда взаимосвязанных факторов. Так, производительность АТС зависит от его технико-эксплуатационных параметров: грузоподъем-ности, эксплуатационной скорости, приспособленности к погрузке-раз-грузке, организации перевозочного процесса. Оценка и выбор ПС должна проводиться с учетом всех факторов, влияющих на его эффективность экс-плуатации. В зависимости от условий эксплуатация ПС в одном случае мо-жет быть эффективной, а в других – неэффективной. Поэтому выбор ПС должен производиться для конкретных условий эксплуатации, и эти усло-вия должны быть приняты одинаковыми для всех сравниваемых автомоби-лей.

Модель оценки и выбора подвижного состава АТП С учетом обозначенных выше положений разработана модель оценки

и выбора подвижного состава автомобильного транспорта (рисунок). Оцен-ка сравниваемых автомобилей производится в три ступени по следующему алгоритму: 1) на первой ступени в одинаковых условиях эксплуатации оце-нивается экономическая эффективность сравниваемых АТС за жизненный цикл; 2) на второй ступени производится оценка сравниваемых моделей; 3) на третьей ступени определяется коэффициент конкурентоспособности этих моделей. Трехступенчатость оценки объясняется тем, что в рамках одного критерия учесть все значимые для потребителя показатели уровня совершенства ПС не представляется возможным. В отдельных случаях, на-пример, при выборе легкового автомобиля, показатели экономической эф-фективности конкурирующих автомобилей могут не рассчитываться. Одна-ко для покупателей важен такой показатель, как совокупная стоимость вла-дения легкового автомобиля, поэтому рекомендуется провести оценку экономической эффективности не только для кгрузовых, но для легковых автомобилей.

44

Модель оценки и выбора ПС автомобильного транспорта

Экономическая эффективность сравниваемых моделей ПС за жизненный цикл может быть рассчитан в соответствии «Методических рекомендаций по

45

оценке эффективности инвестиционных проектов» [1]. Экономическая эф-фективность грузового автомобиля за период эксплуатации наиболее полно характеризуется таким интегральным критерием, как «чистый дисконтиро-ванный доход (ЧДД)» [2], который равен разности дисконтированных чистых доходов и дисконтированных инвестиций:

сл

0 0ЧДД ДЧДП Д ,

IТ T

n nn n

I= =

= −∑ ∑

где ДЧДПn – дисконтированный чистый денежный поток n-го периода; ДIn – дисконтированные инвестиции, связанные с приобретением и эксплуатацией ПС; Tсл – срок эксплуатации; TI – период инвестиций; n – текущий период, лет.

При выборе ПС для автомобилей-аналогов ЧДД должен рассчитываться для одних и тех же условий эксплуатации. Кроме ЧДД рекомендуется опре-делить дополнительные к ЧДД такие оценочные показатели эффективности, как внутренняя норма доходности (IRR), рентабельность инвестиций (РI), срок окупаемости по приведенному денежному потоку [2].

В предлагаемой трехступенчатой модели выбора ПС на первой ступени предварительно выбранные автомобили сравниваются по экономической эф-фективности по критерию ЧДД. По результатам сравнения для дальнейшего анализа в перечне конкурентов оставляют только те автомобили, у которых экономический эффект положительный, т. е. ЧДД > 0. Выражение ЧДД < 0 означает, что единовременные затраты на приобретение ПС за срок его экс-плуатации не окупаются. Следовательно, такой автомобиль неконкуренто-способен и из дальнейшего отбора выбывает.

На второй ступени производится оценка конкурентных моделей по более общему интегральному критерию «коэффициент качество». В состав показа-телей качества наряду с техническими входят и показатели экономической эффективности. Для оценки качества сначала производится формирование номенклатуры технико-технологических и экономических показателей каче-ства. Число выбранных показателей должно обеспечивать объективную оценку качества сравниваемых объектов. Для объективной оценки ПС авто-транспорта рекомендуется принять не менее 40 индивидуальных показателей качества [2]. На практике обычно для оценки используют 100–150 индивиду-альных показателей качества. В дальнейшем показатели разделяются на шесть-восемь групп по схожим признакам. Принятые для оценки показатели качества группируются по схожим признакам.

Значения групповых показателей качества рассчитываются без учета ко-эффициента весомости индивидуальных показателей по методу «профилей» или «радара» [2]. Интегральные коэффициенты качества сравниваемых моде-лей Kк1, Kк2, …, Kкj рассчитываются путем суммирования произведений груп-

46

повых показателей качества с их весами. Коэффициенты весомости групп показателей качества определяются по методу анализа иерархий.

За счет оценки ПС по нескольким критериям повышается объективность выбора. По расчетам экономической эффективности эксплуатация АТС оп-ределенной модели может оказаться экономически выгодной, но данная мо-дель по качеству может уступать конкурентам. Следовательно, оценка уров-ня совершенства подвижного состава только по критерию «экономическая эффективность» будет необъективной. Критерии «экономическая эффектив-ность» и «коэффициент качества» дополняют друг друга и достаточно полно определяют уровень совершенства автомобиля.

На третьей ступени производится измерение конкурентоспособности сравниваемых моделей. Для этого рассчитывается коэффициент конкуренто-способности АТС с применением одной из трех методик, приведенных в ра-боте [3]: 1) рассчитывается отношение коэффициента качества автомобиля к его фактической цене; 2) по регрессионной модели зависимости цены от коэффициента качества для аналогов определяется «красная цена» АТС, ко-торая затем делится к фактической цене этого автомобиля; 3) производится обобщение коэффициента качества и цены оцениваемого объекта с учетом предпочтения потребителей.

Наилучшим вариантом для выбора считается грузовой автомобиль, у ко-торого ЧДД, коэффициенты качества и конкурентоспособности имеют луч-шие значения.

Заключение Апробация приведенной модели выбора ПС была проведена на примере

выбора седельного тягача с полуприцепом Кrone с полной массой 40 тонн: КАМАЗ-5490, Renault Premium Vostok 3, МАЗ-544069 (таблица).

Результаты оценки экономической эффективности, качества и конкурен-тоспособности конкурентных седельных тягачей показывают, что по всем этим трем оценочным критериям лучшие результаты у седельного тягача КАМАЗ-5490.

Таблица 1. Результаты оценки седельных тягачей с целью выбора

Показатели оценки КАМАЗ-5490

Renault Premium Vostok 3

МАЗ-544069

1. Чистый дисконтированный доход за 8 лет эксплуатации, руб. 4500000 3011000

3788000

2. Рентабельность инвестиций, % 222 176 204 3. Дисконтированный срок окупаемости, лет 2,0 2,7 2,2 4. Внутренняя норма доходности, % 61,65 51,86 58,43 5. Коэффициент качества 0,63 0,62 0,51 6. Коэффициент конкурентоспособности 0,242 0,217 0,202 7. Удельные затраты на 1 км пробега, руб./км 22,68 23,51 23,57

47

Предложенная модель оценки ПС позволяет осуществлять объективный выбор подвижного состава для конкретных условий эксплуатации.


1. Коссов, В. В. Методические рекомендации по оценке эффективности инвести-ционных проектов (Вторая редакция) / В. В. Коссов, В. Н. Лившиц, А. Г. Шахназаров. – Москва : Экономика, 2000. – 421 с.

2. Фасхиев, Х. А. Оценка экономической эффективности и выбор подвижного со-става / Х. А. Фасхиев, Д. И. Нуретдинов, А. Г. Гарифов. – Набережные Челны : Кам-ПИ, 2006. – 306 с.

3. Фасхиев, Х. А. Обеспечение конкурентоспособности грузовых автомобилей на этапе разработки / Х. А. Фасхиев, И. М. Костин. – Набережные Челны : Изд-во Кам-ского политехнического ин-та, 2001. – 349 с.

48

УДК 621.7.04

А. В. Боровик, магистрант С. А. Морозов, кандидат технических наук, доцент

Ижевский государственный технический университет имени М. Т. Калашникова

[email protected] Исследование технологии изготовления детали «обтекатель» Разработан технологический процесс изготовления детали «обтекатель». Пред-

ставлен анализ детали на технологичность. Приведены результаты компьютерного моделирования технологических операций в программе «QForm». Описаны дефекты, возникающие на различных этапах изготовления детали.

Ключевые слова: листовая штамповка, вырубка, вытяжка, калибровка, пробивка, отбортовка.

Введение

На сегодняшний день холодная листовая штамповка является одним из самых распространенных и прогрессивных технологических методов произ-водства. Изготовление деталей методами листовой штамповки позволяет: получать детали весьма сложных форм, изготовление которых другими ме-тодами обработки затруднительно; получать детали с достаточно высокой точностью размеров; снижение массы при увеличении прочности и жестко-сти; экономно использовать материал; применять автоматизацию и механи-зацию при высокой производительности оборудования.

В данной статье кратко рассмотрен пример технологического процесса из-готовления листоштамповочной детали под условным названием «обтекатель», имеющей сложную пространственную форму (рис. 1, 2).

В качестве исходного материала выступает лист из алюминиевого листово-го проката марки АМг2М ГОСТ 21631-76 с размерами листа 1×1000×1500 мм.

Анализ детали на технологичность Под технологичностью следует понимать такое сочетание конструктив-

ных элементов, которое обеспечивает наиболее простое и экономичное изго-товление деталей при соблюдении техники и эксплуатационных требований к ним.

Как уже было отмечено выше, рассматриваемая деталь имеет сложную пространственную форму. Условно она представляет собой чашку высотой 92 мм, разделенную на цилиндрическую часть, высотой 41,7 мм, и кониче-скую часть с углом по контуру 7°. На дне детали с помощью операции про-

© Боровик А. В., Морозов С. А., 2021

49

бивки выполняются пазы и отверстие под отбортовку. Диаметр отбортован-ного отверстия составляет 78 мм.

Рис. 1. Эскиз детали «обтекатель»

На цилиндрической стенке детали с помощью операций механической обработки нарезаются пазы и зенкуются конические отверстия.

Корпус детали получают за счет операций холодной листовой штамповки. Конкретно будут применяться следующие операции: вырубка заготовки, вы-

50

тяжка (4 перехода), калибровка (2 перехода), пробивка отверстия и пазов на дне детали, отбортовка. Получение заготовки в штампе обусловлено в пер-вую очередь серийностью производства. В целях экономии ресурсов опера-ции вырубки и 1-го перехода вытяжки будем осуществлять в комбинирован-ном штампе. Исходя из этого технологическая оснастка будет включать в себя 8 штампов, к каждому необходимо будет подобрать соответствующее оборудование.

Заусенцы не допускаются. Допускается утонение стенки до 0,7 мм.

Рис. 2. 3D-модель детали «обтекатель»

Описание технологического процесса Исходная заготовка представляет собой лист из алюминиевого проката

с габаритами 1×1000×1500 мм. Он предварительно нарезается на полосы на гильотинных ножницах НД3318Г.

Расчет операций вырубки заготовки и пробивки отверстий на дне детали производим по методике, изложенной в [1]. Схема раскроя представлена на рисунке 3.

Рис. 3. Схема раскроя

51

После получения круглой заготовки, с помощью методических материа-лов, изложенных в [2, 3], рассчитываем операции вытяжки, калибровки и отбортовки.

Операция вытяжки представляет собой процесс превращения плоской за-готовки в полую деталь произвольной формы. Штампы, на которых произво-дится вытяжка, называются вытяжными.

Вытяжка происходит за счет пластической деформации, сопровождаемой смещением значительного объема металла в высоту. При большой степени деформации, что соответствует глубокой вытяжке, и при небольшой толщине материала смещенный объем является причиной образования гофров на де-формируемой заготовке. При малой степени деформации и при относительно большой толщине материала гофрообразования не происходит, так как в этом случае смещенный объем металла невелик, а заготовка устойчива.

Для предотвращения образования гофров и складок при вытяжке приме-няется прижим заготовки складкодержателем [1].

По результатам расчетов необходимо 4 технологических вытяжных пере-хода, по окончании которых деталь будет иметь вид, представленный на ри-сунке 4.

Рис. 4. Деталь после 4-го перехода вытяжки

Калибровка – это вид операций, которые используются для увеличения точности параметров деталей из листовых материалов, а также качества их поверхности. В данном случае она будет представлять небольшое формоиз-менение детали с целью придать ей ту форму, которая заложена в исходном чертеже.

52

Калибровка будет проходить в два этапа. На первом этапе будет происхо-дить процесс формирования конической части детали с одновременной его калибровкой, обрабатываться нижняя часть детали, контур которой мы полу-чили в ходе последней операции вытяжки, с целью придания ей формы кону-са. Здесь же обработке подвергнется небольшая часть цилиндрического кон-тура детали.

На втором этапе будет сформирована верхняя, цилиндрическая, часть де-тали, также приобретая окончательный чертежный размер. После калибровки деталь будет иметь вид, представленный на рисунке 5.

Рис. 5. Деталь после 2-го перехода калибровки

Отбортовка отверстий представляет собой образование бортов вокруг предварительно пробитых отверстий (иногда без них) или по краю полых деталей, производимых за счет растяжения металла [1]. Диаметр отверстия под отбортовку был подсчитан при расчете предыдущей операции пробивки.

В результате осуществления всех штамповочных переходов деталь при-мет вид, представленный на рисунке 6.

Математическое моделирование технологического процесса получения детали в программе QForm

Для проверки правильности расчета технологических переходов осущест-вляем математическое моделирование процессов листовой штамповки в спе-циальной программе QForm. QForm является универсальным комплексом для математического моделирования процессов обработки металлов давлением. В QForm можно моделировать почти все известные технологические процес-

53

сы формоизменения металла. QForm обеспечивает автоматическое формиро-вание расчетных моделей (разбиение на конечные элементы), что позволяет обеспечить высокую точность расчета, не зависящую от квалификации поль-зователей [4].

Рис. 6. Деталь, полученная операциями листовой штамповки

По результатам математического моделирования (рис. 7, а, б) можно сде-лать следующие выводы:

а) предложенный маршрут изготовления детали оправдан, рабочий инстру-мент и сами штампы спроектированы верно, выбранное оборудование вполне соответствует всем конструкторским и технологическим требованиям;

б) напряжения, возникающие в металле в результате деформации, находят-ся в пределах нормы, не превышая величину предела прочности материала;

а б

Рис. 7. Результаты моделирования в программе QForm: а – 1-й вытяжки; б – 1-й калибровки (кружками обведены места утонений)

54

в) в ходе выполнения операции 1-й калибровки наблюдается утонение на нескольких участках детали, в частности, на коническом участке, а также в местах скруглений. Максимальная величина утонения составляет 0,06 мм. Оно находится в допустимых пределах, так как чертежом детали предусмот-рена максимальная величина утонения стенки 0,3 мм.

Дефекты, возникающие на этапе изготовления детали По результатам изготовления опытной партии были выявлены виды поверх-

ностных дефектов, возникающие на разных этапах изготовления (рис. 8, а–в).

а б

в

Рис. 7. Дефекты на детали: а – искривление конического контура; б – вдавливание дна; в – разрывы на поверхности детали

Заключение Разработанная технология изготовления детали «обтекатель» является

вполне оптимальной с точки зрения производства. Выполненные теоретиче-ские расчеты подтвердились составлением компьютерной математической модели в программе QForm. Однако при изготовлении опытной партии был

55

выявлен ряд поверхностных дефектов на контуре детали. Причинами их по-явления могут быть, среди прочих: износ оборудования, неправильная налад-ка штампов, несоответствие фактических размеров рабочих частей штампов конструкторской документации. В любом случае, это является существенным поводом для более тщательного рассмотрения и возможной корректировки данного технологического процесса.


1. Романовский, В. П. Справочник по холодной штамповке. – Москва : Машино-строение, 1979.

2. Семенов, Е. И. Справочник по ковке и штамповке : в 4 т. – Т. 4. Листовая штам-повка. – Москва : Машиностроение, 1985–1987.

3. Скворцов, Г. Д. Основы конструирования штампов для холодной листовой штамповки. Подготовительные работы. – Москва : Машиностроение, 1970.

4. QForm : Моделирование процессов ОМД : Программное обеспечение. – URL: http://www.qform3d.ru (дата обращения: 06.05.2021).

56

УДК 629.3.021

А. Н. Винокурова, кандидат технических наук И. А. Торохов, студент; И. С. Перминова, студент

Н. М. Филькин, доктор технических наук, профессор Ижевский государственный технический университет

имени М. Т. Калашникова [email protected], [email protected]

Проблемы качества построения

трехмерных компьютерных моделей видовых поверхностей при проектировании транспортных средств

Рассмотрены требования к качеству трехмерной видовой компьютерной модели

детали, сборки и т.п. при проектировании транспортного средства. Предложен алгоритм построения сложной видовой поверхности по данным обмера пластилино-вой или деревянной модели.

Ключевые слова: транспортные средства, компьютерная модель, видовая поверх-ность, критерии качества компбютерной модели поверхности.

Введение

Проблема исполнения сложных видовых поверхностей решалась до раз-вития технологий систем автоматизированного проектирования (САПР) за счет ручной работы высококвалифицированных модельщиков, оценивающих качество поверхности сообразно своим ощущениям и опыта. Автоматизиро-ванное проектирование на основе математического аппарата специализиро-ванных программных средств ввело новые понятия, вытекающие из самого принципа моделирования поверхностей. Обычно считается, что платой за новые возможности более быстрой и точной разработки сложных поверхно-стных форм является потеря элемента творчества, появление некоего меха-ницизма и однообразности по сравнению с классической работой с пласти-лином. При этом само собой разумеется, что с точки зрения математики САПРовские технологии идеальны. Так ли это на самом деле?

При попытке построить любой достаточно сложный видовой элемент он почти неизбежно будет разбит на отдельные характерные поверхности, стыки которых будут характеризоваться степенью непрерывности. Если между по-верхностями в месте стыка есть угол, то степень непрерывности равна нулю, если поверхности тангенциальные – степень непрерывности равна 1, при совпадении по кривизне – 2 и т.д. Математический аппарат большинства прикладных программных средств поддерживает подгонку поверхностей максимально по кривизне. Это не значит, что нельзя получить более идеаль-

© Винокурова А. Н., Торохов И. А., Перминова И. С., Филькин Н. М., 2021

57

ного сопряжения, но значительно возрастут затраты времени и сложность модели. Можно сделать вывод, что мы изначально вводим некую несовер-шенность поверхности. При проработке модели вручную погрешность ис-полнения, конечно, значительно выше, но качество поверхности может ока-заться лучше. Необходимым критерием плавности сопряжения поверхностей может служить правильность и плавность линии блика.

Сопряжение поверхностей и его особенности Если рассматривать с этой точки зрения различные виды сопряжений, по-

лучится следующая картина. При совпадении поверхностей по тангенциаль-ности блик в точке стыка имеет излом. Например, если плоскую и сопряжен-ную с ней радиусную поверхности осветить линейным источником (лампа дневного света), то линия отражения «сломается» при переходе с одной по-верхности на другую. Такой же эксперимент с сопряжением второй степени непрерывности даст более гладкий результат, но во многих случаях линия отражения будет иметь S-образную форму с точкой изменения направления кривизны в месте стыка. Гораздо лучший результат будет при степени непре-рывности, равной 3. В этом случае линия, характеризующая изменение кри-визны, также не имеет перелома.

Таким образом, можно сказать, что степень непрерывности блика на еди-ницу меньше, чем у поверхностей, дающих его. Соответственно, визуальные свойства требуют более сложных сопряжений, чем просто математическое соответствие. Если освещение не дает четко различимых бликов, то поверх-ность воспринимается по уровню освещенности, и дефекты не так заметны, но все равно имеют большое значение для эстетической оценки. Проблема заключается в том, что если, используя программу-моделер, задавать сопря-жение филлетом (прокатка виртуального шарика), а это наиболее простой и быстрый способ, то при выводе на станке с числовым программным управ-лением (ЧПУ) или другим автоматизированным способом физическая модель будет иметь именно такую поверхность. При изготовлении модели вручную, даже если в чертеже или на плазе указано радиусное скругление, фактически получается более сложное и правильное сопряжение (естественно, при усло-вии высокой квалификации модельщика).

Другой малоизвестной особенностью качества сопряжения поверхностей является его влияние на поверхностные напряжения. Рассмотреть это можно на примере испытания литого колесного диска. Поверхность диска состоит из трех основных элементов: обод, ступица и спицы. Сопряжение ступицы и спиц имеет радиусное сечение, т. е. степень непрерывности поверхностей равна 1. Разрушение диска произошло именно по кромкам скругления на спицах. При этом форма этих кромок очень сложная и заведомо не определя-ет наиболее слабое сечение. В процессе цикличного нагружения во время испытаний в зоне с низкой степенью непрерывности образовывались трещи-ны, распространяющиеся строго по линии стыка. Очевидно, что подобные

58

элементы сами являются концентраторами поверхностного напряжения и не являются идеальным методом сопряжения не только с точки зрения образа, но и с точки зрения прочности.

Построение модели Чтобы использовать такой мощный инструмент как CAD/CAM/CAE сис-

темы с наибольшей отдачей, необходимо знать и учитывать все его особен-ности. Кажущаяся легкость применения таит опасность оказаться заложни-ком математического аппарата, который имеет свои недостатки и ограниче-ния.

С появлением средств быстрого моделирования, таких как стереолито-графия, LOM-технология и 3D-принтеры, появилась возможность быстрой визуальной оценки разработанной поверхности. Для качественной оценки также используют деревянные макеты, полученные на ЧПУ комплексах, ко-торые позволяют достаточно быстро изготовлять крупные объекты с хоро-шей точностью и невысокой стоимостью.

Из опыта работы можно сказать, что часто на образце, изготовленном не-посредственно по математической модели, элементы, оцененные при ее по-строении как успешно выполненные, выглядят дефектно. И наоборот, так и не добившись желаемого качества САПРовской модели, можно обнару-жить, что в реальности проблемное место выглядит правильно. Поэтому, чтобы сэкономить время, очень важно иметь возможность неоднократно про-верить модель.

Наибольшую трудность представляет построение сложной видовой по-верхности по данным обмера пластилиновой или деревянной модели, полу-ченной вручную дизайнером или модельщиком. Имея в качестве исходных данных массив точек обмера, необходимо пройти некоторую цепочку дейст-вий, обеспечивающую корректное построение. Такой алгоритм зависит от опыта разработчика и в принципе индивидуален, но в самых общих чертах может состоять из следующей последовательности этапов [1, 2]:

– определить назначение изделия, требуемую точность, точности изготов-ления модели и обмера;

– если у детали есть поверхности стыковки, точно задаваемые соседними узлами, то их необходимо построить и выставить в нужное положение;

– совместно с автором пластилиновой или деревянной модели установить характерные поверхности, законы изменения кривизны, зоны возможных отклонений от модели (часто дизайнер после завершения модели видит, что еще можно изменить);

– используя точки и информацию обмера, построить характерные поверх-ности, т.е. поверхности, имеющие единый закон изменения кривизны и дос-таточно целостную геометрию. Крайне желательно определить их еще на этапе обмера и снять точки, позволяющие задать средствами среды CAD не-обходимые поверхности с наименьшими трудностями;

59

– между базовыми поверхностями задать поверхности перехода, учитывая необходимые и желательные сложность и качество сопряжений, которые за-висят от относительных размеров поверхностей и визуальных требований;

– если есть такая возможность, построенные элементы поверхности необ-ходимо ввести в среду программного обеспечения измерительного комплекса и произвести проверочный обмер;

– с учетом результатов проверки поверхности уточняются и окончательно доводятся.

Отметим, что данная последовательность может и должна меняться в за-висимости от конкретных задач и наличия тех или иных технических воз-можностей.

Заключение В заключении отметим, что в общем случае в дизайн-проектировании

транспортных средств присутствуют три основные проблемы: создание и редактирование сложных видовых поверхностей; анализ и диагностика каче-ства кривых и поверхностей в реальном масштабе времени; визуализация проектов.


1. Носков, Д. Ю. Алгоритм трехмерного объемного сканирования и создания по-верхностных и твердотельных компьютерных моделей / Д. Ю. Носков, Н. М. Филькин // Информационные технологии в инновационных проектах : Труды II Междунар. науч.-техн. конф. – Ижевск : Изд-во «Механический завод», 2000. – С. 133–134.

2. Опыт проектирования поверхностных компьютерных моделей изделий автомо-бильной техники / В. А. Умняшкин, Д. Ю. Носков, С. В. Громовой, Н. М. Филькин // Информационные технологии в инновационных проектах : Труды III Междунар. на-уч.-техн. конф. – Ижевск : Изд-во «Ижевский радиозавод», 2001. – С. 155–157.

60

УДК 629.01

А. Н. Винокурова, кандидат технических наук Н. М. Филькин, доктор технических наук, профессор Ижевский государственный технический университет

имени М. Т. Калашникова [email protected]

Новые модели гибридных автомобилей и электромобилей,

созданных в мире в 2021 году Представлены результаты краткого обзора и анализа гибридных легковых авто-

мобилей и электромобилей, созданных ведущими автомобильными фирмами в мире в 2021 г., и показателей эксплуатационных свойств этих автомобилей.

Ключевые слова: легковой автомобиль, гибридный автомобиль, электромобиль, электрический двигатель, тягово-скоростные свойства, топливная экономичность.

Введение

Известно, что одним из наиболее эффективных направлений повышения топливной экономичности, экологических свойств, улучшения тягово-скоростных свойств легковых автомобилей, более простого способа автома-тизации трансмиссии и обеспечения распределения мощности по ведущим осям автомобиля является создание комбинированных (гибридных) энерго-силовых установок, состоящих, как правило, из теплового и электрического двигателей [1].

Другим перспективным направлением повышения экологических свойств является создание электромобилей. Например, до 2021 г. требования у легко-вых автомобилей по выбросу CO2 составляли 130 г/км, а с 2021 г. – до 95 г/км. Такого показателя сложно достигать, применяя бензиновые и ди-зельные двигатели.

Этими перспективным направлением в настоящее время занимаются практически все ведущие автомобильные фирмы мира. В 2021 г. следует вы-делить следующие перспективные разработки по созданию такого типа авто-мобилей.

Наиболее перспективные направления и разработки электромобилей в 2021 г.

Компания ООО «ЗЕТТА» в 2021 г. планирует начать серийный выпуск небольшого электромобиля стоимостью 550 тыс. руб. [2]. Электромобиль Zetta будет переднеприводным, топовый автомобиль будет иметь полный

© Винокурова А. Н., Филькин Н. М., 2021

61

привод и продвинутый аккумулятор с емкостью батарей от 10 до 32 кВт·ч (максимальная скорость 120 км/ч).

АО «КамАЗ» совместно с Санкт-Петербургским политехническим уни-верситетом Петра Великого разработали электромобиль «Кама-1», который имеет следующие геометрические параметры: длина – 3,4 м, ширина – 1,7 м, высота – 1,6 м, клиренс – 160 мм. Электромобиль оснащен литийионным ак-кумулятором емкостью 33 кВт·ч и электродвигателем мощностью 80 кВт. Максимальная скорость 150 км/ч, пробег на одной зарядке аккумуляторных батарей – 250 км. Скорость полного заряда батареи в обычном режиме – 6 ч, в ускоренном – 20 мин. Разгон до 100 км/ч за 6,7 с [3]. Планируемая стои-мость электромобиля около 1 млн руб., а объем производства – примерно 20 тыс. электромобилей в год.

В 2021 г. компания Audi начинает выпуск новых моделей электромобилей E-tron: спортивный гранд-турер RS GT и кроссовер Q4. Характеристики RS GT: мощность – 600 л.с., емкость батареи – 93 кВт·ч, запас хода – 402 км, разгон до 100 км/ч за 3,5 с. Характеристики Q4: мощность – 306 л.с., емкость батареи – 82 кВт·ч, запас хода – 450 км, разгон до 100 км/ч за 6,3 с [4].

BMW анонсировала выход двух электрических моделей: кроссовера iX3 и седана i4. Характеристики iX3: мощность – 286 л.с., емкость батареи – 80 кВт·ч, запас хода – 460 км, разгон до 100 км/ч за 6,8 с, максимальная ско-рость – 180 км/ч. Электромобиль iX3 обладает только одним электромотором и бывает только заднеприводным. Характеристики i4: мощность – 530 л.с., емкость батареи – 80 кВт·ч, запас хода – 600 км, разгон до 100 км/ч за 4,0 с, максимальная скорость – 200 км/ч. Электромобиль i4 имеет силовую уста-новку от 1 до 3 электродвигателей и, соответственно, может иметь конструк-цию с задним или полным приводом [4].

Китайский кроссовер Byton M-Byte имеет мощность 272-408 л.с., емкость батареи – 72…95 кВт·ч, запас хода – 360…435 км. Кроссовер Byton M-Byte, спроектированный в Германии и Кремниевой долине США, планируется как конкурент электромобилям AudiE-Tron, JaguarI-Pace и Mercedes-BenzEQC. Базовая версия Byton заднеприводная с одним 272-сильным мотором, разгон до 100 км/ч за 7,5 с; полноприводная с 408-сильной двухмоторной установ-кой разгоняется до 100км/ч за 4,5 с.

Электромобиль Citroen е-C4 имеет следующие характеристики: мощность – 134 л.с., емкость батареи – 50 кВт·ч, запас хода – 350 км, разгон до 100 км/ч за 10,0 с.

Испанская компания SEAT начинает выпуск электромобиля Cupra el-Born, мощностью 201 л.с., емкостью батареи 77 кВт·ч, запасом хода 500 км, разго-ном до 50 км/ч за 2,9 с.

Электромобиль Ford Mach-E & Mach-EGTPerformance планируют выпус-кать с характеристиками: мощность – 258…487 л.с., емкость батареи – 76…99 кВт·ч, запас хода – до 402 км, разгон до 100 км/ч за 3,5 с при силовой установке 487 л.с.

62

Фирмы Hummer от General Motors Company планирует выпуск в 2021 г. электромобиля GMC Hummer EV с характеристиками: мощность – 625…1014 л.с., емкость батареи – 75 кВт·ч, запас хода – 563 км, разгон до 100 км/ч за 3,0 с при силовой установке 1014 л.с.

Корейская компания Hyundai планирует выпуск электромобиля (Hyundai) IONIQ 5 Electric с характеристиками: мощность – 313 л.с., емкость батареи – 73 кВт·ч, запас хода – 550 км, разгон до 100 км/ч за 5,2 с [4].

Cедан Jaguar XJ на электротяге будет иметь характеристики: мощность – 400 л.с., емкость батареи – 90 кВт·ч, запас хода – 470 км.

В 2021 г. также планируется выпуск новых электромобилей Lexus UX300e, Mazda MX-30, Mercedes-Benz EQA и EQB, MG E-Motion, Nissan Ariya, Opel Mokka-e, Porsche Taycan Cross Turismo, Rivian R1T, Skoda Enyaq iV, Volkswagen ID4, Volvo XC40 ReCharge Р8 и др.

Наиболее перспективные направления и разработки гибридных автомобилей в 2021 г.

Гибридные автомобили имеют силовую установку, состоящую, как пра-вило, из двух двигателей – электрического и теплового (двигатель внутрен-него сгорания). В связи с этим их принято классифицировать на три типа:

– параллельные гибриды, в которых обычные и электрические двигатели работают вместе, чтобы передавать энергию на колеса;

– обычный двигатель внутреннего сгорания не имеет механического со-единения с колесами и используется только для выработки электроэнергии (последовательные гибриды);

– комбинированные гибриды, которые могут двигаться с помощью одного из типов двигателей, так как оба типа двигателей имеют механическую связь с колесами (полный гибрид) [5].

Начинается выпуск в 2021 г. гибридного спортивного автомобиля Audi A6 PHEV с характеристиками: максимальная скорость – 250 км/ч, время разгона до 100 км/ч за 5,6 с; при движении только на электротяге максимальная ско-рость – 135 км/ч, запас хода – до 40 км. Силовая установка сочетает в себе два двигателя, которые вместе дают мощность 270 кВт (367 л.с.), четырехци-линдровый двигатель 2.0 TFSI производит 185 кВт (252 л.с.) [6].

Гибридный автомобиль Audi Q7e-tronQuattro модели 2021 г. имеет сило-вую установку, состоящую из дизельного двигателя TDI, электромотора и литийионного аккумулятора. Суммарная мощность составляет 373 л.с. Раз-гон внедорожника составляет 6 с. На электротяге машина проедет около 56 км, расходуя на 100 км всего 1,7 л топлива.

Отметим гибридный автомобиль MercedesE 350e, который имеет высокие показатели экономичности, расходуя в среднем всего 2,1…2,5 л на 100 км пути. Гибридная установка рассчитана на 299 л.с., коробка передач девяти-ступенчатая. Максимальная скорость модели E 350е – 250 км/ч.

63

Гибридный Toyota Prius Hybrid долгое время заслуженно занимает первые строчки в топе гибридных автомобилей благодаря уникально низкому расхо-ду топлива – не более 4 л на каждые 100 км пройденного пути. На борту ус-тановлен ДВС на 1,8 л и асинхронный электродвигатель, вместе они выдают мощность более 122 л.с. [6].

Другие новые или усовершенствованные гибридные автомобили, которые начинают выпускать в 2021 г.: Ford Mondeo, Honda Insight III, Acura MDX 3 Sport Hybrid, Honda CR-V и др. [5, 6].

Заключение Практически все ведущие автомобильные компании мира занимаются

разработкой как электромобилей, так и гибридных автомобилей, что говорит о перспективности данных направлений совершенствования автомобильной техники с практической точки зрения. Эта практическая потребность приво-дит к необходимости выполнения большого количества научных и экспери-ментальных исследований по данным направлениям автомобилестроения.


1. Винокурова, А. Н. Новые модели гибридных автомобилей и электромобилей, созданных в мире в первой половине 2020 года / А. Н. Винокурова, Н. М. Филькин // Автомобилестроение: проектирование, конструирование, расчет и технологии ремон-та и производства : материалы IV Всероссийской научно-практической конференции. – Ижевск : Изд-во ИжГТУ имени М. Т. Калашникова, 2020. – С. 26–30. – Текст : элек-тронный.

2. Бюджетный российский электрокар: названы сроки выпуска Zetta. – URL: https://auto.mail.ru/article/82114-byudzhetnyi_rossiiskii_elektrokar_nazvany_sroki_vypuska_ zetta/ (дата обращения: 02.04.2021).

3. «КамАЗ» представил городской электромобиль «Кама-1». – URL: https://auto.mail.ru/article/79819-kamaz_predstavil_gorodskoi_elektromobil_kama-1/ (дата обращения: 02.04.2021).

4. Новые серийные электромобили 2021 года. – URL: https://www.drom.ru/ info/misc/82469.html (дата обращения: 02.04.2021).

5. Лучшие гибридные автомобили 2021 года (Топ-10). Экономичные новинки ав-то: гибриды, PLUG IN HYBRID. – URL: https://new-kodiaq.ru/novosti/populyarnye-gibridnye-avtomobili-v-rossii.html/(дата обращения: 20.04.2021).

6. Рейтинг 20 гибридных автомобилей в России с ценами в 2020–2021 году. – URL: https://mir-auto24.ru/reyting-20-gibridnyh-avtomobiley-v-rossii-s-tsenami-v-2020-2021-godu// (дата обращения: 21.04.2021).

64

УДК 656.07

Е. Е. Витвицкий, доктор технических наук, профессор Р. Е. Шипицына, асрирант

Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет, Омск

Сравнение результатов применения методов решения задачи оптимизации планирования перевозок грузов

помашинными отправками в городах Решение выполнено на примере использования одного из методов оптимизации

планирования перевозок грузов – транспортной задачи линейного программирования (ТЗЛП). Приведены примеры решения ТЗЛП. На основе формальной математической модели построена содержательная модель. Найдены опорный и оптимальный планы транспортной задачи. По выбранным критериям произведена оценка различных ме-тодов, используемых при решении ТЗЛП.

Ключевые слова: методы оптимизации, планирование, транспортная задача ли-нейного программирования, методы решения.

Введение

Транспорт является одним из приоритетных направлений науки и технологий. В прогнозе научно-технологического развития Российской Федерации на период до 2030 г. области исследований «Транспорт» уделяет-ся особое внимание [1], в частности планированию транспортных систем.

Планирование следует понимать как инструмент управления, который подразумевает достижение заданных целей. Поскольку на каждом предпри-ятии мощности, ресурсы, персонал, время и другие показатели ограничены, их необходимо использовать рационально. Этого можно достичь только пу-тем планирования. Планирование представляет собой предвидение будущих действий путем оценки различных альтернативных вариантов и выбора наи-лучшего из них [2]. Оптимизация планирования перевозок представляет со-бой выбор такого варианта перевозок, который соответствовал бы заданному критерию оптимизации.

На сегодняшний день известны различные методы оптимизации плани-рования перевозок, одним из которых является транспортная задача линей-ного программирования (ТЗЛП). Транспортная задача охватывает процесс перевозки грузов от поставщиков к потребителям. Ее решение дает воз-можность выполнить оптимизацию перевозок и свести к минимуму затраты на перевозку [3].

© Витвицкий Е. Е., Шипицына Р. Е., 2021

65

Решение транспортной задачи линейного программирования Для решения транспортной задачи сначала определяется опорный план

груженых ездок (далее – опорный план), затем путем его совершенствования определяется оптимальный план возврата порожних автомобилей (далее – оптимальный план) [2].

Существуют различные методы определения начального опорного и оп-тимального планов. Приведем пример решения транспортной задачи линей-ного программирования. Опорный план составим методом минимального элемента, оптимальный – методом потенциалов [4].

Задача. Имеется три поставщика (грузоотправителя) Ai, i = 1, 2, 3, объем товаров у которых составляет ai тонн. От указанных поставщиков нужно пе-ревезти груз в пять магазинов (грузополучателям) Вj, j = 1, 2, 3, 4, потреб-ность каждого из магазинов составляет bj тонн. Все указанные пункты между собой связаны транспортной сетью. Удельные показатели эффективности использования каждой транспортной коммуникации Cij известны, данные представлены в матрице 1.

Наличие груза у поставщиков: a1 = 320, a2 = 280, a3 = 250. Потребность в грузе у магазинов: b1 = 150, b2 = 140, b3 = 110, b4 = 230, b5 = 220.

Решение. Пусть хij – объем груза, выраженный в тоннах, который перево-зится от поставщика Аi к потребителю (в магазин) Вj. Задача заключается в достижении минимума расходов на перевозку, т. е. в минимизации транс-портной работы, выраженной в тонно-километрах. Формальная математиче-ская модель транспортной задачи [5] имеет вид

(2)

система ограничений [5]

(3)

(4) (5)

Модель транспортной задачи называется закрытой (сбалансированной) в случае, если суммарный объем грузов у поставщиков и суммарный объем потребностей в пунктах назначения равны [5]:

66

(6)

Для разрешимости ТЗЛП необходимо и достаточно, чтобы условие (6) выполнялось.

В данном примере условие (6) выполняется, так как суммарный объем груза у грузоотправителей равен 850 т, суммарная потребность грузополуча-телей также 850 т. Имеем задачу закрытого типа.

В таблице 1 представлена матрица исходных данных транспортной задачи.

Таблица 1. Матрица исходных данных Магазины

(грузополучатели) Поставщики (грузоотправители) Потребность

груза, т А1 А2 А3 В1 20 29 6 150 В2 23 15 11 140 В3 20 16 10 110 В4 15 19 9 230 В5 24 29 8 220

Наличие груза, т 320 280 250 850 При решении были использованы следующие условные обозначения: ко-

личественный излишек нераспределенного груза от грузоотправителя Аi – Аi

*, нехватка в перевозке груза грузополучателю Вj– Bj*.

Для составления опорного плана используем метод минимального эле-мента (наименьшей стоимости). Находим в таблице 1 незанятую клетку с минимальным расстоянием (3;1), где 3 – номер столбца, 1 – номер строки). Помещаем в клетку (3;1) наименьшее из чисел А3

*= 250 и В1*= 150. Анало-

гично поступаем для следующих незанятых клеток с минимальным расстоя-нием:

(3;5): А3*= 100 и В5

*= 220; (1;4): А1

*= 320 и В4*= 230;

(2;2): А2*= 280 и В2

*= 140; (2;3): А2

*= 140 и В3*= 110;

(1;5): А1*= 90 и В5

*= 120; (2;5): А2

*= 30 и В5*= 30.

Таким образом, получен опорный план, представленный в таблице 2. Значение целевой функции опорного плана (подразумевающее минимиза-

цию затрат на перевозку) согласно формуле (2) составляет:

Р = 230⋅15 + 90⋅24 + 140⋅15 + 110⋅16 + 30⋅29 + 150⋅6 + 100⋅8 = = 12040000,0 тонно-километров.

Найдем оптимальный план методом потенциалов. Число занятых клеток должно соответствовать количеству, определяемому выражением: суммарное

67

количество поставщиков и потребителей за вычетом единицы, для рассмат-риваемого случая (3 + 5 – 1 = 7). В данном случае по данным таблицы 2, под-считав число занятых клеток, получаем 7. Следовательно, опорный план груженых ездок является невырожденным.

Таблица 2. Опорный план груженых ездок

Магазины (грузополучатели)

Поставщики (грузоотправители) Потребности груза, т A1 A2 A3

В1 20

0 29

0 6

150 150

В2 23

0 15

140 11

0 140

В3 20

0 16

110 10

0 110

В4 15

230 19

0 9 0 230

В5 24 90

29 30

8 100 220

Запасы груза, т 320 280 250 850 Введем обозначения: Ui – потенциал i-го склада; Vj – потенциал j-го мага-

зина [6]. В таблицу добавим столбец Ui – потенциал i-го склада, строку Vj – потенциал j-гомагазина.

Необходимо определить потенциалы, просматривая все загруженные (за-нятые) клетки и используя соотношение 7 [5], полагая при этом, что U1 = 0:

(7)

Получили: U1= 0; V4= C1,4 – U1 = 15; V5 = C1,5 – U1 = 24; U2 = C2,5 – V5 = 5; U3 = C3,5 – V5 = –16; V2 = C2,3 – U2 = 10; V3 = C3,2 – U2 = 11; V1 = C3,2 – U3 = 22. Следующим шагом было определение значения оценок свободных клеток,

которые представляют собой разницу между прямыми и косвенными тари-фами [3]:

S1,1 = C1,1 – (U1 + V1) = –2; S1,2 = C1,2 – (U1 + V2) = 13; S1,3 = C1,3 – (U1 + V3) = 9; S2,1 = C2,1 – (U2 + V1) = 2; S2,4 = C2,4 – (U2 + V4) = –1;

68

S3,2 = C3,2 – (U3+ V2) = 17; S3,3 = C3,3 – (U3 + V3) = 15; S3,4 = C3,4 – (U3 + V4) = 10. C отрицательными оценками получилось две клетки – клетка (1;1)

и летка (2;4), выбираем с наименьшей оценкой (клетка (1;1)) и строим для нее контур (цикл). Вершины контура должны лежать в занятых клетках. Потенциальная клетка – та, в которую нужно перенести груз. Потенциаль-ная клетка всегда со знаком «минус». По контуру для перемещения выби-рается минимальный объем груза из клеток, составляющих вершины кон-тура [6]. После перемещения груза объемом 90 тонн по контуру получили новый план возврата порожних автомобилей. Проверили, соответствует ли он критерию оптимизации путем перерасчета потенциалов и определения оценок свободных клеток. Чтобы можно было сделать вывод о том, что по-лученный план является оптимальным, необходимо, чтобы выполнялось неравенство , 0. (8)

Перерасчет потенциалов и соответствующая ему оценка свободных кле-ток повторялись три раза – до того момента, пока не был получен опти-мальный план возврата порожних автомобилей, который представлен в таблице 3.

Таблица 3. Оптимальный план возврата порожних автомобилей

Магазины (грузополучатели) Поставщики (грузоотправители) Потребности груза, т A1 A2 A3

В1 20

120 29 0

6 30 150

В2 23 0

15 140

11 0 140

В3 20 0

16 110

10 0 110

В4 15

200 19 30

9 0 230

В5 24 0

29 0

8 220 220

Запасы груза, т 320 280 250 850 Значение целевой функции оптимального плана составляет:

Р = 11770000,0 тонно-километров.

Ранее на основе исходных данных этой задачи была решена ТЗЛП: опор-ный план был составлен методом двойного предпочтения, а оптимальный план методом МОДИ [6]. Результаты решений представим в таблице 4.

69

Таблица 4. Результаты решения ТЗЛП

Критерии сравнения Методы построения опорного плана

Метод наименьшей стоимости

Метод двойного предпочтения

Количество итераций, ед. 32 33 Трудоемкость, человеко-часов 0,33 0,16 Полученный результат, тонно-километр 12040000,0 12850000,0 Методы построения оптимального плана

Критерии сравнения Метод потенциалов Метод МОДИ Количество итераций, ед. 93 66 Трудоемкость, человеко-часов 1,5 1,0 Полученный результат, тонно-километр 11770000,0 11770000,0

Выводы

По результатам расчетов и данным таблицы 4 можно утверждать: 1) что количество итераций при нахождении опорного плана методом

наименьшей стоимости на 1 единицу меньше, чем при нахождении опорного плана методом двойного предпочтения;

2) трудоемкость нахождения опорного плана методом наименьшей стои-мости в 2 раза выше, чем при нахождении опорного плана методом двойного предпочтения;

3) полученный результат опорного плана, найденного методом наимень-шей стоимости меньше на 810000,0 тонно-километров, чем при нахождении опорного плана методом двойного предпочтения;

4) количество итераций при нахождении оптимального плана методом по-тенциалов в 1,4 раза больше, чем количество итераций при нахождении оп-тимального плана методом МОДИ;

5) трудоемкость расчетов при нахождении оптимального плана методом потенциалов на 50 % выше, чем методом МОДИ;

6) полученный при нахождении оптимального плана результат, выражен-ный в тонно-километрах, одинаков при использовании обоих методов: мето-да потенциала и метода МОДИ.


1. Прогноз научно-технологического развития Российской Федерации на период до 2030 года (утв. Правительством РФ) // КонсультантПлюс (дата обращения: 01.04.2021). – Текст : электронный.

2. Аникин, Б. А. Логистика. – Млсква : Проспект, 2016. – 406 с. 3. Бродецкий, Г. Л. Экономико-математические методы и модели в логистике.

Процедуры оптимизации : учебное пособие / Г. Л. Бродецкий, Д. А. Гусев. – Москва : Академия, 2012. – 195 с.

4. Палий, И. А. Теория вероятностей : учебное пособие. – Москва : ИНФРА-М, 2012. – 236 с.

70

5. Палий, И. А. Введение в линейное программирование : учебное пособие. – Омск : СибАДИ, 2007. – 200 с.

6. Проектирование автотранспортных систем доставки грузов / В. И. Николин, С. М. Мочалин, Е. Е. Витвицкий, И. В. Николин ; под ред. проф. В. И. Николина. – Омск : СибАДИ, 2001. – 184 с.

71

УДК 656.13

П. П. Володькин, доктор технических наук, профессор А. С. Рыжова, кандидат экономических наук, доцент

Тихоокеанский государственный университет, Хабаровск [email protected], [email protected]

Сравнительная оценка автотранспортного

грузового комплекса в Хабаровском и Приморском краях

Рассмотрены особенности транспортного комплекса Хабаровского и Примор-ского краев. Проанализированы предложения на рынке автомобильных грузовых пе-ревозок на основе мощностей действующих предприятий, а также динамика объе-мов перевозок и грузооборота автомобильного транспорта Хабаровского и Примор-ского краев за 2015–2019 гг.

Ключевые слова: транспорт, автомобильный транспорт, транспортная логистика, транспортная инфраструктура.

Введение

Транспорт обеспечивает производственно-экономические связи различ-ных отраслей народного хозяйства. Ему принадлежит важная роль в процессе общего производства, так как он занимается перевозкой материалов, полуго-товой и готовой продукции. Транспорт также играет важную роль в экономи-ческих связях с другими странами. Транспорт или транспортная промышлен-ность имеет ряд особенностей, которые значительно отличающие его от дру-гих отраслей материального производства. Производственным процессом транспортной промышленности является процесс перемещения грузов и пас-сажиров во времени и пространстве. Транспортная промышленность не тре-бует изготовления или переработки сырья.

Транспортная отрасль играет важную роль в российской экономике. Ее доля в структуре валовой добавленной стоимости достигает 7 %, а реализа-ция проектов по строительству транспортной инфраструктуры вносит значи-тельный вклад в объемы инвестиций в основной капитал.

Грузооборот российского транспорта показывает стабильный рост на про-тяжении последних нескольких лет. В 2018 г. грузооборот российского транспорта по Российской Федерации увеличился на 2,8 %, а объем переве-зенных грузов – на 2,4 %. В 2019 г. рост продолжился [1].

Целью данной статьи является сравнительная оценка организации авто-мобильных перевозок грузов в Хабаровском и Приморском краях на совре-менном этапе.

© Володькин П. П., Рыжова А. С., 2021

72

Теоретическая часть Формирование предложения на рынке автомобильных грузовых перево-

зок Хабаровского и Приморского краев происходит на основе мощностей действующих предприятий [4, 5].

Большее количество легковых автомобилей зарегистрировано на террито-рии Приморского края (1701 ед.), однако грузовых автомобилей больше на территории Хабаровского края (8758 ед.). Количество организаций, имеющих собственные грузовые автомобили, примерно одинаково по обоим краям – 758 единиц в Хабаровском и 765 единиц в Приморском крае.

Практическая часть Предложение на рынке грузовых автомобильных перевозок анализируе-

мых регионов формируется исходя из наличия технически исправных грузо-вых автомобилей и их грузоподъемности. Скорректировав отчетные показа-тели числа грузовых автомобилей на предприятиях с учетом этого замечания, получим величину, в первом приближении характеризующую предложение грузового автомобильного транспорта на Дальнем Востоке [4, 5].

При этом количество технически исправных автомобилей в Хабаровском крае 7915 из 8758, т.е. коэффициент технической готовности по краю 0,9. В Приморском крае 6692 технически исправных грузовых автомобилей из 7595 единиц, значение коэффициента технической готовности не многим меньше и составляет 0,88. Количество технически исправных грузовых авто-мобилей в Хабаровском крае больше на 1223 единицы, соответственно, гру-зоподъемность выше на 28725 т [6].

Из данных по объему перевозок и грузооборота автомобильного транс-порта анализируемых регионов видно, что объем перевезенных грузов авто-мобильным транспортом в Хабаровском крае больше объема в Приморском крае, однако наблюдается тенденция снижения.

Выводы Рассматривая сторону спроса на грузовые перевозки автомобильным

транспортом на территории анализируемых регионов, отметим, что основ-ными потребителями услуг выступают региональные производители различ-ных отраслей, а также внешние по отношению к региону хозяйствующие субъекты.

Таким образом, рассматривая характеристики рынка грузовых перевозок автомобильного транспорта в Хабаровском и Приморском краях с точки зре-ния предложения, можно сделать вывод, что в настоящее время сложился конкурентный рынок с невысокой концентрацией. Преобладают малые по масштабу деятельности предприятия. Рынок грузовых автомобильных пере-возок анализируемых регионов в силу небольших объемов производственной деятельности и относительной неразвитости дорожной сети невелик по мас-штабу. ДФО занимает седьмое место среди федеральных округов страны по

73

объемам перевозок и общей грузоподъемности технически исправных транс-портных средств автомобильного транспорта.


1. Обзор отрасли грузоперевозок в России за 2019 год. – URL: https://www.ey.com/ Publication/vwLUAssets/ey-transportation-services-2019-rus/$FILE/ey-transportation-services-2019-rus.pdf

2. Официальный сайт Министерства транспорта и дорожного хозяйства Хабаров-ского края. – URL: https://mintrans.khabkrai.ru/

3. Официальный сайт Правительства Приморского края. – URL: https://www.primorsky.ru/

4. Официальный сайт Управления федеральной службы государственной стати-стики по Хабаровскому краю, Магаданской области, Еврейской автономной области и Чукотскому автономному округу. – URL: https://habstat.gks.ru/

5. Официальный сайт территориального органа Федеральной службы государст-венной статистики по Приморскому краю. – URL: https://primstat.gks.ru/.

6. Официальный сайт Федеральной службы государственной статистики РФ. – URL: https://rosstat.gov.ru/

74

УДК 656.078

Г. П. Волощенко, кандидат экономических наук, доцент Технический университет Молдовы, Кишинев

[email protected]

Оптимизация затрат – основной фактор конкурентоспособности транспортных компаний

Рассматриваются ситуации, с которыми сталкиваются компании в условиях

экономического кризиса. Предлагается ряд мер, которые могут помочь компаниям быть конкурентоспособными и пережить кризис с минимальными финансовыми рисками.

Ключевые слова: экономический кризис, финансовые риски, конкурентоспособ-ность, логистические модели.


В настоящее время экономический кризис коснулся каждой компании на рынке. Однако многое зависит от того, как предприниматели готовы к слож-ным ситуациям, насколько активно действуют в это время, чтобы сохранить свое предприятие и обеспечить ему стабильное развитие на будущее. Как пережить кризисную ситуацию с минимальными финансовыми рисками для компании? Можно выделить ряд антикризисных мер, которые помогут усто-ять компаниям на рынке.

Антикризисные меры Разработка новых идей. Кризис – это не только проблема, но и возмож-

ности для нового витка развития. Поэтому в период сложных экономических ситуаций компании следует позаботиться о том, как не только эффективно приспособиться к новым рыночным условиям, но и выйти на новый этап раз-вития. Как показывает опыт, серьезный залог успеха для компании – грамот-ное отношение к ситуации и разработка новых идей и мер для развития ком-пании, а не копирование отживших методов работы в новых условиях.

Повышение эффективности производственных процессов. Чтобы обес-печить эффективность производства, нужно провести диагностику предпри-ятия и пересмотреть работу всех подразделений. Чтобы повысить эффектив-ность производственных процессов, нужно ввести четкую систему, позво-ляющую контролировать затраченные ресурсы, инвестиции в развитие, выполнение бизнес-процессов, ценообразование и др.

Оптимизация расходов. Есть две стратегии поведения в кризис: эконо-мить или не экономить и, наоборот, стимулировать бизнес, что потянет за

© Г. П. Волощенко, 2021

75

собой покупки и запустит следующий цикл бизнеса. Скорее всего, истина где-то посередине. То есть нужно активно искать всевозможные пути расши-рения бизнеса, новые рынки, новые виды товаров и услуг. Кризис – стимуля-тор роста и изменений, стимул для творчества. И это его положительная часть. Но есть и негативная: он может «убить», если компания ничего не сде-лала или сделала не то. Логично, что в кризис необходимо оптимизировать расходы. Экономить надо на том, без чего можно обойтись. В мире для биз-неса характерно сосредоточение на профильных задачах и передача на аут-сорсинг деятельности, не связанной с основной. Для транспортных компаний это могла бы быть логистика. На молдавском рынке много небольших ком-паний, и посчитать объем и доли рынка эксперты не берутся. В сфере желез-нодорожных перевозок – естественная монополия, на остальном транспорте ситуация более пестрая, вплоть до существования компаний-перевозчиков с 1-2 машинами. Понятно, что емкость молдавского рынка невелика. В сфере авиаперевозок такая ситуация нормальна, но в сфере автотранспорта это чре-вато проблемами для самих перевозчиков, особенно в настоящей экономиче-ской ситуации.

Для Молдовы в основном характерны логистические трехуровневые мо-дели:

– 1PL (Party Logistics) – малая логистическая компания, действующая ло-кально или в своей нише, например, таможенный брокер, либо автономная логистика, когда все операции выполняет сам грузовладелец;

– 2PL – посредник между грузовладельцем и компанией либо организатор перевозки «из одного пункта в другой»;

– 3PL – полная организация доставки, включая экспедиционное сопрово-ждение.

В сфере грузоперевозок и логистики отмечается переход на модель 4PL, т. е. полную интеграцию IT-платформ владельца груза и логистического опе-ратора, вследствие чего оператор получает доступ ко всей схеме движения товаров. При этом у него появляется больше возможностей для сокращения логистических издержек.

Следующей ступенью является 5PL, когда взаимодействие между клиен-том и оператором происходит посредством интернета. Молдавский рынок пока не так развит. Свидетельством тому являются и данные исследования Logistics Performance Index. По эффективности логистики Молдова занимает 94-е место в мире. Но некоторые логистические компании страны уже пере-ходят на модель 4PL.

Повышение качества производимой продукции и услуг. Безусловно, ка-чество продукции и оказываемых услуг будет всегда определяющим спрос даже в кризис. Поэтому и при снижении платежеспособности потребителей и, соответственно, предоставлении им скидок не нужно забывать о качестве продукции и оказываемых услуг. Если оно ухудшится по сравнению с пре-дыдущим периодом, доверие клиентов в дальнейшем будет трудно вернуть.

76

Корректировка цен. В условиях кризиса покупатели предпочитают эко-номить, поэтому не будут покупать товары и услуги по завышенным ценам. В связи с этим многие бизнесмены задумались о том, как снизить цены, что, несомненно, привлечет клиентов. Однако нужно делать это не в ущерб своей прибыли, все хорошо взвесить. При этом цены уменьшать нужно не на все продукты, а только на те, на которые зился спрос.

Сохранение клиентов. Не секрет, что в кризис многие компании стара-ются снизить цены на товары и услуги, но этого недостаточно для привлече-ния клиентов. В кризис клиенты становятся самым важным фактором для развития бизнеса. Поэтому нужно по-другому выстроить взаимоотношения с клиентами. Необходимо привлекать все ресурсы и силы для создания луч-ших условий и специальных стратегий для сохранения существующих кли-ентов, желательно с тем же объемом продаж. Необходимо показать клиенту, что он самый важный и ценный для компании, и компания готова предоста-вить ему лучшие услуги и товары, обеспечив достойный уровень доверия и безопасности. Клиенты должны чувствовать выгоду от сотрудничества с компанией. Важным направлением работы становится фокусировка на «объемообразующих» клиентах; сокращение работы с клиентами, занимаю-щими менее 10 % в объеме продаж, и, соответственно, затрат на них.

Сохранение партнеров. Один в поле не воин, поэтому уцелеть на рынке сумели те предприятия, которые сохранили партнеров, своего рода фундамент для стабильной работы. Чтобы сохранить партнеров, нужно обеспечить взаи-мовыгодное сотрудничество. Нужны реальные действия по созданию лояльных условий для партнеров и совместные усилия и идеи для новых проектов.

Сохранение кадров. Как известно, кадры решают все, и сегодня в услови-ях нехватки квалифицированного персонала – это особенно актуально. По-этому в стремлении компании оптимизировать расходы не нужно забывать о сохранении персонала. Снизить расходы при помощи сокращения опытных сотрудников – не самая лучшая мысль, даже если средств не хватает. Лучше оптимизировать другие текущие расходы, иначе компании в будущем при-дется потратиться еще больше на поиски и обучение нового персонала, а в условиях нехватки квалифицированных специалистов это весьма сомни-тельная и неперспективная затея. Лучше экономить на всем, кроме мотивации сотрудников компании. Важно привлечь весь свой персонал к новым и эффек-тивным проектам, чтобы стимулировать сотрудников во имя общей цели.

Сохранение репутации. Очень важно именно в кризисной ситуации по-заботиться о том, чтобы не потерять имидж компании в сфере PR. Дело в том, что зачастую негативные сведения о компании могут попасть в прессу и стать угрозой ее репутации, в результате успешное развитие бизнеса будет под вопросом. Лучше всего периодически предоставлять информацию, рас-сказывая о преимуществах своей продукции, услуг, несмотря даже на финан-совые, технические или другие временные сложности, а также рассказывать о мерах, которые помогут компании выйти из кризиса.

77

Транспортные компании Молдовы в период кризиса Рынок грузоперевозок является своеобразным индикатором экономиче-

ской активности в Молдове. Обрыв экономических связей с Россией привел к сокращению грузоперевозок. Сложная геополитическая и экономическая ситуация на рынке грузоперевозок Молдовы сказалась если не отрицательно, то не вполне благоприятно. В 2016 г. всеми видами транспорта грузов было перевезено на 4,1 % меньше, чем в 2014-м, хотя в частном секторе наблюдает-ся незначительная тенденция роста на 6,2 %. В 2017 г. наметилась незначи-тельная тенденция к стабилизации грузоперевозок. Такая ситуация вызвала обострение конкурентной борьбы. Некоторые транспортные логистические компании берут на себя повышенные обязательства, которые не могут вы-полнить. Рентабельность перевозчиков с 20…22 % в 2010 г. снизилась до 8…10 % в 2018-м, а рентабельность экспедиционных компаний – с 7…8 до 2…4 %. Сложная ситуация сложилась с грузоперевозками в условиях панде-мии. Объем перевозимых грузов 2020 г. составил только 87,5 % по сравне-нию с уровнем 2019-го, а в феврале 2021-го – 76,5 % по сравнению с таким же периодом 2020 г. Перевозчики и экспедиторы не могут поднять ставки, так как спрос снижается вместе с грузопотоками, но при этом себестоимость перевозок растет. Началось сокращение числа мелких и средних участников рынка. Те, кто еще держатся на плаву, работают без прибыли, иногда даже в убыток. У логистических компаний, особенно у экспедиторов и перевозчи-ков, растут финансовые риски, связанные с компенсацией потерь и неопла-той услуг.

Крупные грузовладельцы предпочитают компании, способные брать от-ветственность за груз и сроки. Поэтому если раньше было много экспедитор-ских компаний, не владеющих каким-либо подвижным составом, теперь их число уменьшается – клиенту неинтересно работать с посредниками. Также рынок диктует приоритет мелких партий перед крупными и определенную переориентацию – конкуренцию между видами транспорта. Клиент ищет оптимальные по цене и другим параметрам услуги. Все это сказывается на цене: в некоторых видах транспорта она упала на 20…30 %, а в некоторых, наоборот, увеличилась. Были ситуации, когда многие компании-перевозчики для сохранения клиента вынуждены были идти на большие уступки для со-хранения согласованной стоимости услуг.

Однако общее падение рентабельности не столь катастрофично, если компании обеспечены своей ремонтной базой, прямыми закупками топлива от поставщика, если выстроена грамотная логистика, есть диспетчерские. Эти факторы повышают и производительность, и рентабельность, что дает немалые конкурентные преимущества.

Компании сейчас пересматривают тарифы, чтобы привлечь как можно больше клиентов. Уменьшение тарифов идет в основном за счет пересмотра косвенных расходов предприятия и пересмотра рентабельности самих пере-

78

возок. Больший объем перевозок при уменьшенной рентабельности тарифов может принести большую прибыль за счет уменьшения косвенных расходов на единицу перевезенного груза.

Любой кризис – это всегда переориентация для компаний, и в данный мо-мент он диктует необходимость выбора новых направлений грузопотоков. Особенно ослабли позиции тех, кто целиком ориентировался на Россию, нужно определенное время на переориентацию. Более стабильны грузопото-ки с Румынией и другими странами ЕС. Для молдавского рынка малой емко-сти переориентация, по сути, – неизбежный элемент сохранения работоспо-собности компаний.

Что касается экспорта, то, конечно, есть некоторая переориентация. Ос-новной объем плодоовощной продукции, вино, консервы сегодня отправля-ются преимущественно в Беларусь и Казахстан. Выйти на рынок ЕС гораздо сложнее, чем на рынок СНГ. Не все молдавские компании готовы к тем тре-бованиям, которые там предъявляют. Доступ к участию в международных тендерах для молдавских компаний осложнен из-за жестких критериев и стандартов услуг и технологий. К ним относятся: объемы, сроки, качество доставки (возможность на ошибку 2 %), высококвалифицированные кадры, безупречный автопарк, навигационный контроль за грузом, наличие соответ-ствующего ПО и др. Требования ко всему одинаково жесткие.

В целом автотранспортный сектор в Молдове является относительно кон-курентоспособным с точки зрения цены, несмотря на общее плохое состояние дорог. В секторе преобладают частные компании, что с точки зрения клиентов является безопасным и эффективным. В настоящее время на рынке автотранс-порта действуют свыше 1800 экономических агентов, предоставляющих услу-ги по перевозке грузовипассажиров нанациональных и международных на-правлениях, из них 574 оператора осуществляют перевозку грузов (около 6000 единиц автотранспорта, из которых 863 отвечают требованиям EURO-0, 44 – EURO-1, 1361 – EURO-2, 1762 – EURO-3, 220 – EURO-4 и 1916 – EURO-5).

Основные трудности развития отрасли автоперевозок в Республике Молдова

Некоторые из проблем транспортного сектора связаны с несовершенством законодательной базы или недостаточным ее применением. Большие транс-портные затраты и малая скорость движения по территории Республики Молдова приводят к тому, что некоторые местные производители и отправи-тели предпочитают не пользоваться услугами молдавских транспортных компаний. 74 % приоритетной сети национальных автомобильных дорог на-ходится в неудовлетворительном или плохом состоянии и разрушается из-за недостаточного финансирования и неэффективного использования средств на содержание. Другие проблемы качества связаны, например, с отсутствием надежного специализированного оборудования и использованием устарев-ших тягачей.

79

Основные трудности, с которыми Республика Молдова сталкивается в транспортном секторе, связаны с несколькими ключевыми проблемами в данной области:

– неполный переход транспортного сектора Республики Молдова к рыночной экономике, основанной на спросе и предложении;

– снижение спроса на железнодорожный транспорт, неудовлетворитель-ная инфраструктура, устаревший и изношенный подвижной состав;

– недостаточное финансирование за последние 20 лет обслуживания, экс-плуатации и реабилитации существующей инфраструктуры автомобильных дорог, приведшее к ухудшению ее состояния, что приводит к росту затрат на транспортировку.

Заключение Внедрение законодательной реформы и институциональных преобразова-

ний является жизненно важным для повышения конкурентоспособности и экономической значимости сектора транспорта и логистики.

Существующие возможности позволят обеспечить рост грузоперевозок при одновременном снижении их стоимости:

– существование спроса на транспортные услуги в различных секторах; – мост между странами ЕС и СНГ; – создание новых механизмов финансирования; – интерес международных финансовых учреждений для поддержки уси-

лий по модернизации; – потенциал для прямых иностранных инвестиций; – низкий уровень заработной платы (даже по сравнению с Румынией) яв-

ляется временной возможностью для построения конкурентоспособного транспортного сектора на европейском уровне;

– эффективная законодательная база (совместимая, легко регламентируе-мая и способствующая развитию торговли) может преобразовать Республику Молдова в производственный центр.

Таким образом, оптимизация затрат компании, осознание причин их воз-никновения и факторов, влияющих на их размер, позволит обоснованно по-дойти к поиску способов их снижения. Создание эффективной системы транспорта и логистики, которая обеспечит потребности компаний в мобиль-ности, может содействовать торговле на внутренних и международных рын-ках, а также повысить значимость Республики Молдова в качестве связую-щего звена между государствами ЕС и СНГ.


1. Сергеев, В. И. Логистика снабжения : учебник для бакалавриата и магистратуры / В. И. Сергеев, И. П. Эльяшевич. – Москва : Юрайт, 2014. – 522 с.

2. Аникин, Б. А. Коммерческая логистика : учебник / Б. А. Аникин, А. П. Тяпухин. – Москва : Проспект, 2017. – 426 с.

80

УДК 656.332.1(478)

Г. П. Волощенко, кандидат экономических наук, доцент Технический университет Молдовы, Кишинев

[email protected]

Транспортная инфраструктура как показатель экономического развития страны

Рассматриваются основные проблемы, связанные с формированием и использо-

ванием средств дорожного фонда, которые препятствуют экономическому разви-тию и инвестиционной деятельности.

Ключевые слова: дорожная инфраструктура, качество дорог, средства дорожного фонда, менеджмент.


Возможности устойчивого развития Республики Молдова (РМ) тесно свя-заны с инфраструктурой имеющихся дорог для удовлетворения экономиче-ских потребностей населения. Транспортные дорожные сети поддерживают экономический рост региона и создают условия для социального прогресса граждан. Основным инструментом, посредством которого мобилизуются внутренние финансовые ресурсы с целью обеспечения финансирования дея-тельности для развития дорожной инфраструктуры, является формирование дорожного фонда (ДФ), который является составной частью государственно-го бюджета.

Дорожная инфраструктура В Молдове общая протяженность автомобильных дорог общего пользова-

ния составляет около 9000 км. Среди основных проблем, которые препятст-вуют инвестиционной деятельности в РМ, находится и проблема дорог. На-циональная стратегия безопасности дорожного движения предусматривает в качестве первостепенной задачи создание более безопасной инфраструкту-ры республики:

– путем развития инфраструктуры дорог и улиц с соблюдением парамет-ров безопасности;

– внедрения современного менеджмента дорожного движения; – присоединения национальных стандартов к европейским стандартам

в области инфраструктуры дорог. С целью поддержки непрерывного процесса гармонизации законодатель-

ства РМ в области транспорта с соответствующими стандартами, законода-тельством и положениями ЕС в Молдове была разработана Стратегия транс-

© Волощенко Г. П., 2021

81

порта и логистики на 2013–2022 гг., которая позволит каждому виду транс-порта способствовать экономическому развитию страны, а также обеспечит прозрачность решений инвестиций и расходов на инфраструктуру.

Относительно качества дорог РМ располагается на 132-м месте из 138 экономик, взятых в расчет на глобальном уровне. В связи с этимфинансовые средства дорожного фонда, резервируемые для дорог, являются чрезвычайно важными, и их использование должно быть эффективным и прозрачным.

Поступление и использование средств дорожного фонда Хотя учет сборов ДФ ведется отдельно по каждому виду сборов, не все

средства, накопленные на его счетах (312,7 млн леев) за период 2014–2016 гг. были направлены и перечислены в соответствии с установленной целью, а именно для восстановления и ремонта/содержания автомобильных дорог общего пользования, что свидетельствует об отсутствии прозрачности в ме-неджменте принятия решений, а также о неэффективном администрировании взыскиваемых сборов и налогов, предназначенных для формирования ДФ. В РМ преобладают перевозки товаров на большие расстояния по сравнению с перевозками пассажиров, что свидетельствует и о преимущественном росте объема перевозимых/продаваемых экономическими агентами товаров, который в 2016 г. составил 10,0 млн т, или на 31,6 % больше по сравнению с 2015 г. В этом контексте объем перевозимых товаров возрос на 17,3 процентных пункта по сравнению с прошедшим ими расстоянием, что подчеркивает по-следовательное освоение перевозчиками автомобильных дорог общего поль-зования.

Неэффективное и непрозрачное распределение средств дорожного фонда институциональными руководящими лицами значительно подрывает вклад пользователей автомобильных дорог общего пользования. Анализ свиде-тельствует о снижении из года в год средств, предназначенных для ДФ, раз-мер которого в 2016 г. достиг уровня 1015,0 млн леев, или на 307,3 млн леев (23,3 %) меньше уровня 2014 г. Снизились также перечисления средств в ДФ на сумму 323,7 млн леев, или на 24,5 % по сравнению с предыдущим перио-дом (рис. 1).

В результате анализа структуры источников формирования ДФ можно отметить, что существенный удельный вес в их образовании приходится на отчисления от акцизов на нефтепродукты (около 70 %), которые снизились с 1010,3 млн леев в 2014 г. до 651,0 млн леев в 2015-м и до 531,1 млн леев в 2016 г. (рис. 2).

Оформление таможенных процедур на нефтепродукты с взысканием ак-цизов не всегда эффективно по определению количества импортируемого топлива.

Администрирование акцизов осуществляется Таможенной службой РМ путем применения контрольных действий по оплате акцизов, а также Госу-дарственной налоговой службой (ГНС) с принятием контрольных мер уже на

82

месте нахождения/расположения обложенных акцизами товаров суммы на единицу измерения товара. В 2014–2016 гг. Таможенная служба РМ собрала таможенные доходы от акцизов на нефтепродукты в сумме 4366,3 млн леев, из которых наиболее существенные (97,0 %) получены от акцизов, взыскан-ных с бензина и дизельного топлива.

Рис. 1. Доходы ДФ в Республике Молдова

Рис. 2. Доходы ДФ в Республике Молдова

от акцизов на нефтепродукты и дорожных сборов

Существенный удельный вес (около 71,1 % дорожных сборов, предназна-ченных для ДФ) приходится на сбор за использование дорог автомобилями, зарегистрированными в РМ, который в 2016 г. был накоплен в сумме 331,9 млн леев, или на 112,8 млн леев (151,4 %) больше по сравнению с 2014 г. (219,1 млн леев) (рис. 3).

В зависимости от объекта налогообложения и ставки физические и юри-дические лица, владельцы автомобилей, зарегистрированных в РМ, должны самостоятельно рассчитывать сбор. Поступление указанного сбора консоли-дируется в результате проведения обязательного технического осмотра авто-мобилей, а также их государственной или текущей регистрации. Внушитель-ное количество штрафов, налагаемых Государственным инспекторатом по-лиции РМ за нарушение правил технического осмотра автомобилей, привело к уменьшению количества не прошедших технический осмотр транспортных

83

единиц, движущихся по дорогам общего пользования. Так, в 2014 г. были оштрафованы водители 18417 автомобилей, в 2015 г. – 13816 и в 2016 г. – 1805.

Рис. 3. Число транспортных средств в Республике Молдова

Вследствие того, что поступления от сбора за использование дорог заре-гистрированными и незарегистрированными автомобилями, общая масса, весовая нагрузка на ось или габариты которых превышают допустимые лимиты, составляют удельный вес всего около 1,7 % от общей суммы до-рожных сборов, наблюдается значительная преждевременная деградация ав-томобильных дорог общего пользования перевозчиками, которые перевозят грузы большого тоннажа. Так, необходимы меры для приведения в соответ-ствие данных по начислению указанного сбора, предусмотренного для по-следующей уплаты.

Не менее важными в образовании ДФ являются поступления от сбора за выдачу разрешений на осуществление международных автомобильных пере-возок грузов и, по случаю, пассажиров, которые до перечисления в государ-ственный бюджет, накапливаются на счетах Национального агенства автомо-бильного транспорта РМ. Неэффективное отражение в отчетности транс-портных единиц не обеспечивает получение ожидаемых результатов. Часто на текущих счетах налогоплательщиков записываются начисленные суммы дорожных сборов лишь при представлении экономическими агентами отче-тов. Анализ данных о числе налогоплательщиков, которые представили отчеты со ссылкой на дорожные сборы, показывает, что они из года в год сокращаются – со 11153 налогоплательщиков в 2014 г. до 11046 – в 2016-м, что указывает на неэффективное применение ГНС соответствующих мер для достижения прогресса в аспекте повышения ответственности недисциплинированных экономических агентов.

Средства ДФ используются неэффективно и нерезультативно для вос-становления, ремонта и содержания автомобильных дорог общего пользо-вания. Существенный удельный вес в используемых средствах приходится на работы по содержанию дорог: они составили 98,1 % в 2014 г., 94,9 % – в 2015-м и 97,4 % – в 2016 г. Так, по сравнению с 2015 г. отмечалось сниже-ние на 3,4 % качества автомобильных дорог общего пользования путем со-

84

хранения дорожной сети в посредственном состоянии на уровне лишь 34,7 %. Также не был достигнут уровень снижения дорожных происшествий: зареги-стрировано их увеличение на 143 случая против установленного числа. Так, если в 2014 г. число дорожных происшествий на местных и национальных дорогах составило, соответственно, 297 и 1301, то эти цифры в 2016 г. при-близились к 673 и 1746 соответственно.

Менеджмент управления средствами дорожного фонда не обеспечивает эффективности их использования. Приемка работ по строительству/ремонту автомобильных дорог общего пользования часто производится с отклоне-ниями от законодательных положений в области качества в строительстве, что подрывает качество выполненных работ.

Заключение Механизмы по накоплению, использованию и осуществлению монито-

ринга средств дорожного фонда, внедряемые ответственными лицами, имеющими в этой связи полномочия, действуют неэффективным способом, без достижения эффективного менеджмента. Существуют большие резервы как в процессе администрирования и использования, так и в процессе осуще-ствления мониторинга средств ДФ, что влияет на получение ожидаемых ре-зультатов, в том числе на стабильность и устойчивость развития инфраструк-туры дорог в РМ.


1. Аксенов, И. Я. Единая транспортная система. – Москва : Транспорт, 1980. – 382 с. 2. Миротин, Л. Б. Глобальные задачи развития и интеграции транспортных систем /

О. Н. Ларин, Л. Б. Миротин // Транспорт: наука, техника, управление. – 2007. – № 5 – С. 20–21.

85

УДК 656.1

И. В. Воробьева, магистр; И. С. Перминова, студент; И. А. Зорин, студент Н. М. Филькин, доктор технических наук, профессор Ижевский государственный технический университет


Разработка координированного управления движением транспорта

на примере улицы Воткинское шоссе г. Ижевска Представлен краткий обзор разработки проекта внедрения на ул. Воткинское

шоссе г. Ижевска. Выполнен анализ аварийности в различное время суток, произве-ден расчет длительности циклов на перекрестках, представлена разработанная лента времени в утренний и вечерний час пик.

Ключевые слова: автоматизированная система управления дорожным движени-ем, ключевой перекресток, лента времени.

Введение

В настоящее время в связи со значительным ростом числа автомобильно-го транспорта и неуменьшающейся плотности улично-дорожной сети проис-ходит значительное снижение скорости сообщения, что способно образовать заторы улично-дорожной сети.

Решение данной проблемы возможно двумя способами: значительная до-рогостоящая реконструкция улично-дорожной сети (если это возможно) или разработка и внедрение автоматизированной системы управления дорожным движением (АСУДД) [1]. Первое решение несет огромные капиталовложе-ния, и реализация его требует длительного времени. Второе решение будет приемлемо для обеспечения нормальной работы транспортной системы города.

Введение координированного управления повышает безопасность дорож-ного движения за счет уменьшения числа «стартов» с перекрестков и тормо-жений перед перекрестком, а также за счет выравнивания транспортных по-токов по скоростным показателям.

Разработка координированного управления движением Для достижения поставленной цели нужно решить следующие задачи [2]: 1) изучить автоматизированные системы управления дорожным движением; 2) исследовать характеристики улично-дорожной сети проектируемого

участка автодороги; 3) спроектировать координированную систему управления дорожным

движением;

© Воробьева И. В., Перминова И. С., Зорин И. А., Филькин Н. М., 2021

86

4) разработать мероприятия по повышению безопасности дорожного дви-жения.

Воткинское шоссе – это магистральная улица Ижевска и одна из самых протяженных: ее длина в черте города составляет 9960 м. Для проекта вне-дрения координированного управления рассматривается участок от ул. Сла-вянское шоссе до проезда Копрового (поворот на д. Хохряки). Данный пере-гон составляет 5665 м.

Статистика дорожно-транспортных происшествий за последние годы на ул. Воткинское шоссе показывает, что определенного подъема или спада до-рожно-транспортных происшествий (ДТП) не наблюдается. Большое количе-ство ДТП произошло с участием пешеходов.

Выполнив анализ дорожно-транспортных происшествий по времени суток за 2019–2020 гг., можно сказать, что наиболее опасным периодом времени суток является время с 06.00 до 09.00 ч, с 12.00 до 15.00 и 15.00 до 18.00 ч – в эти промежутки времени происходит максимальное количество ДТП. Это объясняется тем, что в это время суток наблюдается максимальная интенсив-ность движения транспортных средств и пешеходных потоков.

Благодаря топографическому анализу можно определить геометрические параметры улично-дорожной сети (радиусы поворотов, ширину улицы и др.) и выявить самые опасные участки.

Для наглядности был использован метод натурных исследований. Как показали исследования, транспортные потоки на подходах к перекре-

сткам имеют высокую интенсивность. Наиболее высокая интенсивность движения наблюдается на подходе к перекрестку ул. Воткинское шоссе – 9 Января. В часы пик ситуация достигает заторовых состояний. Для сниже-ния уровня аварийности был предложен перечень основных мероприятий, главным из которых является оборудование магистрали системой координи-рованного управления движением.

Перекресток, у которого получена наибольшая длительность цикла, явля-ется наиболее загруженным и носит название ключевого перекрестка для системы координированного регулирования. Остальные перекрестки подво-дятся к той же или кратной длительности ключевого перекрестка.

Рассчитав цикл регулирования на перекрестках, можно увидеть, что пере-кресток ул. Воткинское шоссе – 9 Января является ключевым, так как на дан-ном перекрестке длительность цикла является максимальной. В утренний час пик она равна 116 с, в межпиковый период – 85 с, в вечерний час пик – 97 с (табл. 1).

Правильный выбор расчетной скорости, следовательно, и сдвига включе-ния зеленых сигналов на соседних перекрестках оказывает большое влияние на эффективность координированного управления. Для расчетов принимает-ся скорость 55 км/ч. Она является средней для 85 % автомобилей группы.

87

Таблица 1. Результаты расчета циклов регулирования на перекрестках ул. Воткинское шоссе

Структура цикла

Перекресток

Утренний час пик, с (7.00–9.00)

Межпиковый период, с(10.00–15.00)

Вечерний час пик, с (16.00–18.00)

ул. Воткинское шоссе – ул. Сла-вянское шоссе 54+5+51+6=116 39+5+35+6=85 49+5+37+6=97 ул. Воткинское

шоссе – ул. 9 Января 31+4+42+5+27+7=116 23+4+27+5+19+7=85 23+4+38+5+20+7=97 ул. Воткинское

шоссе – поворот на СХВ 51+5+55+5= 116 44+5+31+5=85 51+5+36+5=97 ул. Воткинское

шоссе – поворот на СПК «Семья» 87+3+23+3 = 116 56+3+23+3=85 66+3+23+5=97 ул. Воткинское

шоссе – проезд Копровый 41+4+66+5=116 52+5+23+5=85 32+4+56+5=97

На ул. Воткинское шоссе выполняются условия, необходимые для орга-

низации координированного управления [3]: 1) наличие трех полос для движения в каждом направлении (не менее 2); 2) одинаковый цикл регулирования (одинаковый или кратный цикл регу-

лирования на всех перекрестках, входящих в систему координации); 3) транзитность потока должна быть не менее 70 %; 4) расстояние между соседними перекрестками не должно превышать 800 м. После расчета элементов цикла регулирования на всех перекрестках маги-

страли необходимо определить ширину ленты времени и перейти к построе-нию графика координации.

Под лентой времени понимается период времени, в течение которого группе автомобилей гарантируется безостановочный проезд с расчетной ско-ростью через все перекрестки магистрали. В утренний час пик ширина ленты времени равна 42 с, в межпиковый период – 31 с, в вечерний час – 35 с.

Для построения графика координации используется графоаналитический метод.

На графике (рис. 1) координированного управления в утренний час пик видно, что транспортный поток проезжает без задержек весь перегон в пря-мом и обратном направлении.

88

Рис. 1. Лента времени в утренний час пик

В вечерний час пик транспортный поток беспрепятственно проезжает в прямом направлении весь перегон, но в обратном направлении наблюдается небольшая задержка на перегоне от ул. 9 января до остановки «Ударная». Задержка не влияет на поток, движущийся от ул. 9 января, так как перегон имеет достаточную протяженность для того, чтобы впередистоящий поток успел продолжить движение (рис. 2).

89

Рис. 2. Лента времени в вечерний час пик

Заключение В статье решены основные вопросы разработки и подготовки к внедре-

нию систем координированного управления дорожного движения. Автоматизация управления дорожным движением дает ряд преимуществ: – оптимизация режимов регулирования, адаптация их к реальным, изме-

няющимся во времени, условиям движения; – снижение уровня транспортных задержек у перекрестков и сокращение

числа неоправданных остановок в процессе движения, что приводит к уменьшению износа материальной части транспортных средств, автомо-бильных шин, снижению расхода горючего, а также способствует замедле-нию износа дорожных покрытий в зоне перекрестков;

– повышение уровня безопасности движения, что находит свое выражение в сокращении числа дорожно-транспортных происшествий и уменьшении тяжести их последствий;

90

– снижение уровня транспортного шума и улучшение санитарного со-стояния воздушного бассейна города;

– увеличение эффективности работы городского наземного транспорта, обусловленное сокращением задержек транспортных средств у перекрестков и предоставлением приоритетных условий движения;

– централизованное управление приводит к согласованности режимов ра-боты соседних перекрестков.


1. Кременец, Ю. А. Технические средства регулирования дорожного движения. – Москва : Транспорт, 2005.

2. СНиП 2.07.01–89. Градостроительство. Планировка и застройка городских и сельских поселений. – Москва : Госстрой СССР, 1989.

3. Кременец, Ю. А. Технические средства организации дорожного движения : учеб-ник для вузов / Ю. А. Кременец, М. П. Печерский, М. Б. Афанасьев. – Москва : Ака-демкнига, 2005. – 279 с.

91

УДК 656.1/.5:657.471.62

Т. Е. Воронцова, магистрант; О. В. Нечаева, магистрант А. Н. Баранов, кандидат технических наук, доцент

Сибирский государственный университет науки и технологий имени М. Ф. Решетнёва, Красноярск

[email protected], [email protected] [email protected]

Обоснование эффективности транспортного процесса

за счет повышения эксплуатационных свойств технических средств

Выполнено обоснование эффективности транспортного процесса за счет повы-

шения эксплуатационных свойств технических средств в сравнении с базовым вари-антом транспортного процесса.

Ключевые слова: транспортный процесс, путь, подвижной состав, прочность, эффективность.

Введение

Успешная работа лесозаготовительных предприятий возможна при рит-мичном поступлении древесины на склад предприятия. Этого можно дос-тичь, если лесозаготовительный процесс осуществляется круглый год и бази-руется на лесотранспортной системе, которая включает в себя технологию работы, технические средства и систему управления. Самым финансово за-тратным элементом лесотранспортной системы являются технические сред-ства, которые подразделяются на подвижной состав и транспортную сеть [1]. Эффективность транспортного процесса будет обеспечена, если технические средства будут отвечать требованиям, предъявляемым к ним, а именно: путь должен иметь прочностные показатели, соответствующие подвижному со-ставу, ровность должна обеспечивать расчетные скорости движения и шеро-ховатость, достаточную для обеспечения безопасности транспортного про-цесса.

Основой обеспечения транспортного процесса лесных предприятий явля-ются лесовозные дороги. Их конструкция и прочностные свойства должны соответствовать типу подвижного состава и объемам перевозимой продукции.

Основные запасы лесов находятся во второй дорожно-климатической зоне избыточного увлажнения, поэтому необходимы новые дорожные конструк-ции, которые бы обладали достаточной прочностью и длительным сроком эксплуатации. Кроме того, сооружение дорожных конструкций позволит обеспечить доступность лесных массивов в течение всего года [2].

© Воронцова Т. Е., Нечаева О. В., Баранов А. Н., 2021

92

Для обеспечения эксплуатационных свойств дорог (прочности доста-точной для движения подвижного состава c номинальной нагрузкой круг-лый год) на переувлажненных грунтах предлагается дорожная конструкция, основание которой выполнено из прочного непроницаемого эластичного материала в виде закрытых цилиндрических емкостей – «сигар», наполнен-ных сухим грунтом. Поверх основания укладывается нетканый перфориро-ванный материал и отсыпается подстилающий слой из дренирующего мате-риала, который уплотняется пневмокатком. На поверхности дренирующего материала сооружается общая однослойная дорожная одежда из гравийной смеси [3].

Для получения объективных данных об эффективности транспортного процесса нами будут рассчитаны затраты на путь и эксплуатационные затра-ты на транспорт леса, а эффективность процесса будет подтверждена, если удельные суммарные затраты будут меньше по сравнению с базовым. Ре-зультаты расчетов по определению затрат на путь представим в табл. 1.

Таблица 1. Затраты на строительство дорожной конструкции

Наименование работ Ед.изм.

Сменная производительность

машин и звена рабочих на раскатке

Общие затраты, руб.

Прорубка просеки м 50 4320 Подготовка основания (снятие растительного

слоя и планировка) м 480 2079 Сооружение однослойного основания из грун-

товых «сигар» в разбежку и сооружение колесо-отбойников

м

95 6080

Сооружение нетканого перфорированного ма-териала (раскатка, нарезка и крепление полос между собой, звено из 3 рабочих)

м

700 4500

Транспортировка сыпучих материалов м 210 4433 Уплотнение дренирующего материала м 470 640 Сооружение дорожной одежды м 470 430 Итого 22482

При таком объеме транспортных работ встречается несколько участков

дороги на переувлажненных грунтах, которые находятся непосредственно в лесном массиве. Для строительства 2 таких участков будет затрачено 44964 руб. Удельные затраты на строительство составят 44,9 руб/м3.

Для обеспечения эффективного транспортного процесса автопоезд дол-жен отвечать следующим критериям:

1) полное использование номинальной грузоподъемности; 2) реализация тяговых возможностей; 3) надежность крепления перевозимого груза;

93

4) соответствие допустимым габаритам; 5) обеспечение ритмичной поставки. На сегодняшний день важна тенденция организации транспортного про-

цесса, работая по схеме со сменными прицепными комплектами. Объективный вывод об эффективности транспортного процесса можно

получить только, рассчитав эксплуатационные затраты, капиталовложения и соотнести их на единицу вывозимого объема [4]. В таблице 2 представлены результаты расчета удельных эксплуатационных затрат для лесовозного ав-топарка на основании схем автопоездов «автомобиль + прицеп-роспуск + прицеп».

Таблица 2. Результаты расчетов затрат на вывозку

Наименование показателя При сезоннойвывозке

При расширении сезона вывозки

Тип автопоезда А + Р + П А + Р + П Объем работ, тыс. м3 100 Среднее расстояние вывозки, км 100 Количество рабочих дней 180 240 Рейсовая нагрузка, м3 83,8 83,8 Сменная производительность, м3 70,0 70,0 Количество машино-смен на вывозке 1428 1428 Потребность в работающих машинах, шт. 4 3 Потребность в списочных машинах, шт. 6 5 Выработка на списочную машину в год, м3 16667 20000 Удельные капиталовложения, руб/м3 264,4 212,0 Эксплуатационные затраты, руб/м3 109,9 97,9 Затраты на 1 м3, руб. 374,3 309,9

* А – автомобиль, Р – прицеп-роспуск, П – прицеп. Из таблицы 2 следует, что минимальные удельные эксплуатационные за-

траты достигаются при использовании автопоезда А + Р + П на дорогах при расширении сезона вывозки. Так, затраты для годового объема в 100 тыс. м3 составят 309,9 руб./м3, что показывает снижение затрат на 17,2 % при пере-возках на существующем пути.

Вывод Использование предлагаемой дорожной конструкции и подвижного со-

става на базе автопоездов «автомобиль + прицеп-роспуск + прицеп» позволит расширить срок вывозки лесоматериалов с 180 дней до 240, при этом удель-ные приведенные затраты снизятся с 374,3 до 354,8 руб./м3.

Эффективность транспортного процесса обеспечена за счет повышения эксплуатационных свойств технических средств.

94


1. Транспорт леса : учебник для вузов : в 2 т. – Т. 1: Сухопутный транспорт / Э. О. Салминен [и др.] ; под ред. Э. О. Салминена. – 2009. – 368 с. – (Высшее профес-сиональное образование. Лесное хозяйство).

2. Нечаева, О. В. Эффективные дорожные технологии для лесного комплекса Красноярского края // Транспорт: проблемы, цели, перспективы (TRANSPORT 2021) : в рамках фестиваля «Неделя науки – 2021» : материалы Всерос. науч.-тех. конф. (Пермь, 12 февраля 2021 г.). – Пермь, 2021.

3. Патент на изобретение № 2726709, РФ. Технологическая лесовозная дорога / Баранов А. Н., Еналеева-Бандура И. М., Филиппов Н. А.

4. Воронцова, Т. Е. Обоснование эффективности лесотранспортной системы в за-висимости от схемы подвижного состава и объема вывозки // Молодые ученые в ре-шении актуальных проблем науки : материалы Всерос. науч.-практ. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых (Красноярск, 22–23 апреля 2021 г.). – СибГУ им. М. Ф. Решетнёва. – Красноярск, 2021.

95

УДК 631.372 + 659.113

A. R. Galimov, graduate student; I. G. Galiev, doctor of technical sciences Kazan state agrarian University

[email protected] Ensuring the ability of internal combustion engine turbochargers

to function The article discusses the issues of constructive calculation of the individual system of

lubricating the bearing of the turbocharger. The aim of the research is to develop a mathe-matical model for calculating the design of an individual turbocharger bearing system for any internal combustion engine. The final formulas for calculating the parameters of the turbocharger bearing system are present, as well as specific calculation results for the most common turbocharger brand.

Keywords: turbocharger, bearing, lubricant system, efficiency, hydraulic battery.

Introduction A feature of the turbocharger installed on car diesel engines is a compressor

that pumps air into the cylinders of the engine, the rotation of which is carry out by the turbine. The turbine rotates from the exhaust of the engine itself, has a common shaft with a compressor and a sliding bearing.

The turbocharger bearing operates under extremely negative conditions, as the exhaust temperature is 700 °C, which has an impact on the turbine and bearing. Since the oil entering the turbocharger's bearing node is involved in the grease of the rubbing elements of the entire engine, soon enough loses its quality, ensuring the reliability of the turbocharger [1-5]. Moreover, the turbocharger rotor develops a rotation speed from 15000 to 90000 min-1, while, structurally, there is no rigid kinematic connection with the oil pump, which leads to a long run-out of the rotor without the supply of lubricant [6]. This circumstance leads to a sharp increase in the temperature in the bearing unit, coking of the oil and accelerated wear of the bearings.

One of the ways to solve the problem of improving the operational reliability of a diesel engine turbocharger is to improve the lubrication system of its bearing.

Materials and methods We have developed of an individual lubrication system for the turbocharger

bearing. The use of an individual lubrication system for the turbocharger bearing ensures its operation regardless of the standard engine lubrication system. In this case, it is possible to lubricate the bearing of the turbocharger already in the start-ing mode of the engine, during its operation and after stopping. The presence of

© Galimov A. R., Galiev I. G., 2021

96

a hydrobattery in the design of the individual turbocharger bearing lubrication sys-tem allows you to continue to lubricate the rotating parts of the turbine by inertia until they are completely stopes, after stopping the engine [7].

For the smooth operation of the individual lubrication system of the turbo-charger bearing, it is necessary to develop its mathematical model, which involves calculations for all types of engines with different models of turbochargers [8].

To develop a mathematical model of the individual system of lubrication of the bearing of the turbocharger (fig.1) it is necessary to divide it into sections. Each section corresponds to the length of the lubricated material's path without altering external and internal conditions: the area (A) of the oil movement from the oil pump to the oil fine-cleaning filter; plot (B) oil movement from a thin oil filter to a general power tee bearing a turbocharger; section (B) oil movement from the general power tee bearing the turbocharger to the hydraulic accumulator; a section (G) of oil movement from a hydraulic accumulator to a general power tee bearing a turbocharger; section (D) oil movement from the general power tee bearing the turbocharger to the bearing node; section (E) of oil movement from oil tank to oil pump.

Since we know the parameters of the turbocharger bearing node mode (nominal volume of oil (Q0, l/min); nominal oil pressure in the turbocharger bearing node (p0, MPa)) calculations were made from the end of the oil main, i.e. from the tur-bocharger bearing node.

The diameters of oil pipes are determined from the expressions: - segments (E), (D), (C), (B) and (A),

04,E

D

Qd

V=

π 8 ,п

Dс и н

Vd

t pρ

=μ π

0

8 ,пC

с

Vd

t pρ

=μ π

, ,

where VE - oil consumption rate in the segment (E), m/s; Vn - is the useful volume of the hydraulic accumulator, m3; ρ - is the oil density, kg/m3; ph - is the nominal oil pressure in the bearing, MPa; µc - is the coefficient of oil consumption from the hydraulic accumulator; tu - time of rotation of the rotor of the turbocharger after the engine stop, s; t - is the charging time of the hydraulic accumulator, s.

Results and discussion Taking into account the pressure loss in all sections, the pressure generated by

the oil pump can be determine by the formula:

04B

B

Qd

V=

π04

AA

Qd

V=

π

97

( )

0

0 00 4 4 4 4

20 0

4

12816

32 4 0,5.

sin

n E C B A VR

E B AF

E B A B

C C C

vr vr vrC

p p p p p p p

Q QL L Lp

d d d d

L Q d Q Qd hd

= + Δ + Δ + Δ + Δ + Δ =

⎛ ⎞νρ= + + + + ξ +⎜ ⎟π π⎝ ⎠

ν ρ π − ρ+ +

μ π βπ

where , , , ,E C B А rvp p p p pΔ Δ Δ Δ Δ - accordingly, the loss of pressure at sections (A), (B), (C), (E) and the valve of pressure reducing, MPa; LE, LC, LB, LA - accordingly, length oil line tubes at sites (E), (C), (B), (A), m; ν - kinematic viscosity, m2/s; μvr - the ratio of oil consumption through the valve of pressure reducing; ξF - resistance coefficient of the filter of thin clearing oils; hz - lift height the valve of pressure reducing, m; βvr - angle of cone of saddle the valve of pressure reducing, grad.

Fig. 1. Scheme of individual lubricant system bearing engine turbocharger: 1 - oil tank; 2 - oil pump; 3 - valve of pressure reducing ; 4 - oil filter; 5 - bypass valve; 6 - sensor of pressure ; 7 - hydrau-lic accumulator; 8 - bearing of the turbocharger; 9 - reverse valve at the entrance to the hydrobattery; 10 - reverse valve at the exit of the accumulator; 11 - reverse valve of the lubrication system of the bearing of the turbocharger

98

The required pump supply is determined taking into account the separation of the oil consumption into two parts during the filling of the hydrobattery of the tur-bocharger:

20

0 02

.4

с Cн C

d pQ Q Q Q

μ π= + = +

ρ

Power of the pump is determine by the formula:

( )

( )

200 0

0 4 4 4 4 4

20

0

32 412816

0,5 2.

sin 4

C C CE B Аn f

E B А B C

C с C н

vr vr vr

L Q d QQ QL L LP p

d d d d d

Q Q d pQ

d h

⎛ ν ρ π −⎛ ⎞νρ⎜= + + + + ξ + +⎜ ⎟⎜ π π π⎝ ⎠⎝⎛ ⎞ρ + ⎞ μ π

+ +⎜ ⎟⎟⎜ ⎟μ π β ρ⎠⎝ ⎠ The calculation of the oil filter consists in determining the area of its filter ele-

ment:

,

where C - is a coefficient that depends on the type of filter element; ηn - is the pump feed coefficient that takes into account oil leaks through the gaps.

Calculation of parameters of oil tank It is most appropriate to produce flat and cubic tanks. The calculated cooling

surface is equal to: ( )

( )1, 4 1

,pp mp t

p о

N WF

К Т Т

− η +=

η − where K - is the coefficient of heat transfer from the oil through the steel wall to the air, kJ/m2·s·grad; T - is the maximum permissible temperature of the oil in the tank, grad; To - is the ambient temperature, grad; Wt - is the amount of heat that must be removed from the bearing of the turbocharger , kJ/s; ηmp - mechanical effi-ciency of the oil pump; ηp - pump performance factor that takes into account oil leaks through gaps; Npp - power consumed by the oil pump drive, kW

The length of the sides of the oil tank is determine by the formula:

At the same time, the condition must be met, the volume of the oil tank must be greater than the required amount of oil located in the turbocharger bearing lubrica-tion system:

2

120F

n F

n

B

QF

C Vν

=η ξ ρ

.6Fа в с= = =

99

,

where Vca - the volume of oil in the hydrobattery after full charge, m3; Vha - the volume of oil in the pipelines of the lubrication system, m3; Vf - the volume of oil in the fine filter, m3.

Determination of the hydraulic accumulator operating parameters Determining the working parameters of the hydraulic accumulator is made

from the conditions of the minimum constructive volume and the specified differ-ence (range) of working pressure (from pmax to pmin), on the one hand and ensuring the maximum useful battery capacity - on the other.

The initial parameters in determining the volume of the hydraulic accumulator are the minimum and maximum working pressures, as well as the useful capacity of the hydraulic accumulator. The structural volume of the Vu hydraulic accumula-tor, m3, is determined from the expression:

( )max

max min

,0,9

utv

p VV

p p=

−

where: Vtv - total volume, m3; Vu - useful volume of oil displaced from the battery from pmax to pmin, MPa; pmax, pmin - maximum and minimum pressure, MPa.

The volume of the gas chamber is determined from the formula:

min

max min

.ug

p VV

p p=

−

The dimensions of the hydraulic accumulator cylinder are determined based on the optimal ratio of diameter to length:

where Ll - is the length of the hydraulic accumulator cylinder, m; Kr - is the ratio of the length to the diameter of the hydraulic accumulator cylinder, m; dha - is the diameter of the hydraulic accumulator cylinder, m.

Then the diameter of the cylinder of the hydraulic accumulator can be deter-mine by the formula:

. The calculation and selection of the thickness of the water accumulator wall is

carry out taking into account the strength requirements. The internal pressure of the destruction of pp, MPа, the construction is taken on the calculation:

pР = fs pmax,

where fs -is the safety coefficient.

t cа ha fV V V V+ +

,l r haL k d=

34 tv

har

Vdk

=π

100

The wall thickness, from the strength condition, is fount by the formula:

,4Pp D

S =σ

where σ - is the strength limit, MPa. To develop an experimental sample of an individual turbocharger lubricant sys-

tem, you need to choose a certain brand of turbocharger. This should be guide by the fact that this model of turbocharger is widely used not only on trucks, but also on tractor engines operating in the most difficult production conditions, both in industry and agriculture. The TKR-11 turbocharger is very popular, as it is install on well-known models of engines, covering not only cars, but also tractors.

Table shows the results of implementing a mathematical model of an individual bearing lubrication system for an internal combustion engine turbocharger.

Initial data and results of calculations of the individual lubrication system of the bearing for the TKR-11 turbocharger (YAMZ-238L engine)

No. Indicator Designation Unit Parameter value

1 The oil pressure in the bearing of the turbocharger p0 МРа 0,4 2 The oil supply in the bearing of the turbocharger Q0 m3/s 0,0001 3 The oil consumption rate in the pipe (E) VE m/s 2,5 4 Segments length:

the tee – the bearing of the turbocharger LE m 0,3 the hydrobattery – the tee (the yield of oil) LD m 0,15 the tee – the hydrobattery (the oil inlet) LC m 0,15 the tee – the filter LB m 0,5 the filter – the pump LA m 1

5 The oil pump supply Qn m3/s 0,000042 6 The pressure generated by the pump pn МPа 0,55 7 The required pump power Pn кW 0,104 8 The area of the filter element Ff m2 0,01384 9 The volume of the hydraulic tank Vt l 15 10 Thehydrobattery options:

the cylinder length Lha m 0,203 the diameter of the cylinder Dha m 0,203 the diameter of the intake hole dd m 0,0015 the diameter of the prom hole dc m 0,003 the charging time t s 392,4

11 The diameter of the oil lines DA,B,E m 0,008 To test the adequacy of the mathematical model, a prototype of the individual

lubricant system for the engine of the JAMS-238L was manufactured. The adequa-cy of the mathematical model was tested by comparing calculation and experimen-tal indicators: oil pressure created by the pump; oil pressure at the entrance to the

101

turbocharger bearing node; oil consumption through the turbocharger bearing node; oil temperature in the tank and at the exit of the turbocharger bearing node. Each indicator was determined three times and the average was accepted. The dev-iation of the calculation and experimental parameters did not exceed 3 %, which confirms the adequacy of the developed mathematical model.

Conclusions The individual turbocharger bearing node system makes it possible to use spe-

cial turbine oils of synthetic origin, which are not prone to coking, have higher stability when working with high temperatures and the ability to adapt to changing operating conditions, which increases the durability of the turbocharger.

The mathematical model developed allows: to calculate all the parameters of the individual system of lubrication of the bearing node of the turbocharger, i.e. to determine the values of all the design parameters of the lubricant system (oil pump parameters, hydro-accumulator, oil conductive tubes, thin-cleaning filter), which are necessary for the construction of the individual system of lubricating the bear-ing node.

Experimental studies to verify the adequacy of the mathematical model re-vealed that the deviation of calculation and experimental parameters does not ex-ceed 3 %. This confirms the adequacy of the mathematical model developed.

References

1. Burtsev A.Yu. Improving the operational reliability of internal combustion engine tur-bochargers. Materials of the III international scientific and technical conference “Achieve-ments of science in agro-industrial production” edited by N.S. Sergeev. Chelyabinsk, 2013, pp. 28-34.

2. Plaksin A.M. [and others] the extension of the service life of turbochargers automo-tive vehicles use a hydraulic accumulator in the oil system. Fundamental research, 2014, no. 6, part 4, pp. 728-732.

3. Denisov A.S., Korkin A.A. Optimization of the parameters of the hydraulic accumula-tor of oil for a turbocharger. Improving technologies and organizations for ensuring the working capacity of machines: a collection of scientific papers. Saratov State Technical University. Saratov, 2010, pp. 21-27.

4. Kruglov M.G., Mednov A.A. Gas dynamics of combined internal combustion engines. Moscow, Mashinostroenie Publ., 1988, 360 p.

5. Plaksin A.M. [and others] Prolongation of the service life of turbochargers of automo-tive equipment using a hydraulic accumulator in the lubrication system. Fundamental Re-search, 2014, no. 6, part 4, pp. 728-732.

6. Savelyev G.M., Lyamtsev B.F., Aboltin E.V. Experience in the development and pro-duction of turbochargers for automobile engines. Moscow, 1986, 123 p.

7. Galiev I.G., Dardymov V.I., Malygin V.N. Classification of factors affecting the per-formance of turbochargers of engines. In the collection: Sustainable development of agricul-ture in the context of global risks. Materials of the scientific and practical conference, 2016, pp. 185-189.

102

8. Galiev I.G., Dardymov V.I. Device for diagnosing a turbocharger of a diesel engine. In the collection: Agroengineering science of the XXI century. Scientific works of the re-gional scientific and practical conference, 2018, pp. 317-322.

103

УДК 629.06

Д. А. Галицын, магистрант И. В. Батинов, кандидат технических наук, доцент


[email protected] Способы сборки теплообменников транспортных машин

Рассмотрены способы сборки змеевикоребристых теплообменников. Приведены

схемы сборки, выявлены их достоинства и недостатки. Ключевые слова: змеевикоребристые теплообменники, пайка, дорнование, дорн,

среда высокого давления, гидромеханическое дорнование.

Введение В транспортных средствах присутствует как минимум один агрегат, тре-

бующий отвода тепла в процессе работы, – двигатель. Во многих автомоби-лях также есть отдельные механизмы и системы, для нормального функцио-нирования которых необходимо организовать охлаждение: система смазки двигателя или коробки передач, система охлаждения наддувного воздуха, система кондиционирования и др. [1].

Преобладающее большинство единиц колесного транспорта снабжается различными видами кондиционеров или полноценными системами климат-контроля. В основе таких решений лежат либо водяные теплообменники, либо же теплообменники с использованием различных хладагентов, но в большинстве случаев в них применяются медные или латунных трубки для подачи теплоносителя (рис. 1).

Рис. 1. Конструкция секции радиатора: 1 – коллектор; 2 – боковина (трубная доска);

3 – перегородка; 4 – трубки; 5 – пакет оребрения; 6 – балка

© Галицын Д. А., Батинов И. В., 2021

104

Например, радиаторы применяются в тепловозах и электровозах. На ри-сунке 2 показано, что радиаторы устанавливаются по обеим сторонам тепло-воза в холодильной шахте. На один тепловоз в зависимости от модели уста-навливается от 12 до 100 радиаторов.

Рис. 2. Схема расположение радиаторов воздушного охлаждения в локомотиве

В основном в радиаторах используются медные трубки и алюминиевое оребрение, между которыми необходимо получить неразъемное соединение, но так как детали являются тонкостенными, применение классических мето-дов сборки соединений с натягом (продольной запрессовки) невозможно, поэтому производство змеевикоребристых теплообменников является трудо-емким и нетехнологичным. Существует потребность в анализе способов по-лучения неразъемных соединений, применимых к тонкостенным деталям в змеевикоребристых теплообменниках.

Пайка оребрения с трубками Припой наносится в места контакта трубок с ламелями (ребрами) (рис. 3).

Часто применяемый шаг оребрения 2…2,5 мм, а количество трубок и общая длина теплообменника ограничиваются только конструкцией конечной сис-темы климат-контроля – при изготовлении габаритных теплообменников многократно возрастает трудоемкость.

Альтернативой ручкой пайке в данном случае служит окунание изделия в припой. Это значительно уменьшает время обработки и трудоемкость, но, как и ручная пайка, не обеспечивает равномерность шага оребрения, а также образуются наплывы припоя на ламелях изделия, а качество соединений ме-жду трубками и оребрением ухудшается, что сказывается на энергоэффек-тивности и аэродинамическом сопротивлении теплообменников.

105

Рис. 3. Схема пайки теплообменника [2]: 1 – трубка; 2 – оребрение; 3 – припой

Сборка дорнованием Оребрение надевается на трубки, как и в предыдущих способах, без натя-

га, затем трубки подвергают свободному дорнованию. Внешний диаметр увеличивается, создавая равномерный натяг в соединении.

Основное преимущество сборки дорнованием в том, что трудоемкость, в сравнении с предыдущими методами, значительно падает, появляется воз-можность обеспечить равномерный шаг оребрения, а также уменьшение ис-пользуемых неэкологичных материалов для пайки.

Существует несколько методов дорнования, применимых к сборке тепло-обменников:

Классические схемы дорнования [4] (рис. 4)

Рис. 4. Схема свободного дорнования с твердым толкателем:

1 – трубка, 2 – оребрение; 3 – дорн; 4 – твердотельный толкатель

106

Изделие закрепляется в протяжном станке, дорн движется за счет посту-пательного движения рабочего органа станка.

Преимущество сборки дорнованием на протяжном станке заключается в скорости обработки, а также сразу после обработки изделие может переда-ваться на следующие этапы сборки.

Гидромеханическое дорнование дорном в виде шара [4] (рис. 5)

Рис. 5. Схема гидромеханического дорнования:

1 – трубка, 2 – оребрение; 3 – дорн; 4– среда под давлением

Дорн в виде шара приводится в движение потоком среды под высоким давлением. Усилие, прилагаемое средой, может быть кратковременным или постоянным.

Технологически проще реализовать так называемое импульсное дорнова-ние (кратковременное воздействие на дорн), так как расход среды меньше, чем при постоянном, но в этом случае длина обрабатываемой трубки ограни-чивается величиной прилагаемого усилия.

Вывод Способы сборки змеевикоребристых теплообменников, основанные на

применении дорнования, в сравнении с альтернативными способами сборки являются более технологичными и экологичными и позволяют снизить тру-доемкость сборки, а также обеспечить качество соединений.


1. Зайченко, Е. Н. Об оценке эффективности различных схем системы охлаждения наддувочного воздуха / Е. Н. Зайченко, В. Б. Клименко, Г. М. Савельев // Автомо-бильная промышленность. – 1976. – № 10. – С. 4–6.

107

2. Крохалев, В. Г. Технология изготовления металлических конструкций / В. Г. Кро-халев, А. А. Чебыкин. – 2017. – 95 с.

3. Никитинский, A. M. Пайка алюминия и его сплавов. – Москва : Машинострое-ние, 1983. – 143 с.

4. Исаченков, Е. И. Штамповка резиной и жидкостью. – Москва : Машинострое-ние, 1967. – 367 с.

108

УДК 620.169.1

Д. А. Гончарова, аспирант А. А. Филиппов, кандидат технических наук, доцент Г. В. Пачурин, доктор технических наук, профессор

Нижегородский государственный технический университет имени Р. Е. Алексеева, Нижний Новгород

[email protected]

Выбор материала листовых деталей автомобиля по кривым прогиба образцов при циклическом нагружении Предложен способ оценки этапов усталостной повреждаемости листовых кон-

струкционных материалов по кривым изменения текущего прогиба плоских образцов в процессе циклического нагружения, позволяющий обоснованно выбрать материал на этапе конструирования корпусных листовых элементов автомобиля с целью по-вышения ремонтопригодности и, как следствие, повышения его безопасности при эксплуатации.

Ключевые слова: листовые материалы, корпусные детали автомобиля, цикличе-ское нагружение, кривые прогиба, усталостная повреждаемость, ремонтопригодность.

Введение

Обеспечение работоспособности деталей и узлов автомобилей является одной из актуальных задач современного автомобилестроения [1, 2]. Боль-шинство деталей автомобилей испытывают циклические нагрузки, приводя-щие к деструкции материалов вплоть до полного разрушения [3]. Эти разру-шения приводят к финансовым потерям, а порой и к человеческим жертвам. Поэтому задача повышения надежности и безопасной работы деталей машин и технических устройств, испытывающих воздействие циклических нагрузок, является приоритетным направлением современной науки и важнейшей за-дачей промышленности [4, 5]. Отсюда одним из важных факторов, влияющих на работоспособность изделий, является сопротивление усталости материала [6]. Для оценки работоспособности металлоизделий кроме параметров стати-ческого разрушения необходимо знать характеристики сопротивления уста-лостному разрушению, существенно зависящих от видов и режимов техноло-гической обработки [7].

При этом испытания на усталость должны быть максимально приближе-ны к условиям эксплуатации материалов. Это обуславливает необходимость нахождения оптимальных конструкторских решений в части как выбора ма-териалов, так и технологических процессов, обеспечивающих высокие экс-плуатационные характеристики деталей и конструкций.

© Гончарова Д. А., Филиппов А. А., Пачурин Г. В., 2021

109

Для изучения усталостных свойств образцов из конструкционных мате-риалов применяются различные виды испытательных машин. Вопросам, свя-занным с усталостными машинами, посвящали в своих работах многие уче-ные [7]. Требования к выбору параметров усталостных машин и их динами-ческой схемы обусловливаются методами испытания, метрологией, надежностью и эффективностью. Эти свойства в значительной мере опреде-ляются динамическими особенностями машин и испытываемых объектов. Однако, не все машины для испытания на усталость могут обеспечить требо-вания исследователя и часто являются стационарными, крупногабаритными, энергоемкими, сложными в обслуживании и достаточно дорогостоящими.

Основой любого автомобиля, являющейся самой дорогой его частью (60…70 % от всей стоимости), служит кузов и другие корпусные элементы. Трудоемкость изготовление только кузова составляет около 60 % трудоемко-сти изготовления автомобиля в целом. В настоящее время для изготовления штампованных корпусных деталей отечественного автотранспорта широко используется листовые низкоуглеродистые стали 08кп и 20кп.

С точки зрения ремонтопригодности автомобиля при выборе конструкци-онных материалов на стадии его проектирования предпочтение следует отда-вать тем материалам, у которых в процессе эксплуатации большую часть «жизни» будет составлять период подрастания усталостной трещины [8–10]. Это увеличивает вероятность обнаружения повреждения на стадии очередно-го технического обслуживания и, следовательно, снизить вероятность ава-рийных ситуаций в процессе эксплуатации автомобиля [11, 12].

Ранее в работах Сегал Я. С., Кручинина В. В., Софронова Ю. Д., Степано-ва М. Н., Школьника Л. М., Терентьева В. Ф., Пачурина Г. В. на цилиндриче-ских образцах было показано, что кривые изменения их прогиба в процессе циклического нагружения отражают особенности кинетики усталостного по-ведения материала и что по ним можно определить момент появления уста-лостной трещины, приводящей к увеличению прогиба, а также оценить ско-рость ее распространения. Однако в настоящее время отсутствуют мобиль-ные, относительно не крупные и недорогостоящие испытательные усталостные машины с фиксацией изменения текущего прогиба плоских об-разцов при циклическом нагружении по схеме, максимально приближенной к условиям реального нагружения корпусных элементов конструкции авто-мобиля, позволяющих при этом изучать кинетику процесса разрушения, от-слеживать начало макро-разрушения, скорость роста трещины и, как следст-вие, оптимизировать выбор конкурирующих листовых материалов, и ремон-топригодность корпусных элементов, деталей и конструкции в целом.

В результате увеличения спектра использования металлических конст-рукционных материалов, которые должны отвечать необходимым эксплуата-ционным свойствам, а также высокому уровню конструктивной безопасно-сти, возникает необходимость кроме проектирования новых машин модерни-

110

зации существующих и на их основе – разработки методов усталостных ис-пытаний, которые помогли бы сократить объем натурных испытаний.

В связи с вышесказанным выявление основных этапов кинетики деструк-ции листовых автомобильных конструкционных материалов в процессе экс-плуатации автомобиля является актуальной научно-технической задачей.

В данной работе предложен способ оценки этапов усталостной повреж-даемости листовых конструкционных материалов по кривым изменения текущего прогиба плоских образцов в процессе циклического нагружения, позволяющий обоснованно выбрать материал на этапе конструирования кор-пусных листовых элементов автомобиля с целью повышения ремонтопри-годности и, как следствие, повышения его безопасности при эксплуатации.

Методика испытаний В работе исследовались плоские образцы автомобильных конструкцион-

ных сталей 20кп и 08кп на базе рам автомобилей ГАЗ-3302. Статистический анализ результатов, построение кривых усталости и вероятностных кривых распределения циклической долговечности осуществлялись с использовани-ем методов математической статистики. Предел выносливости определялся по методу Локати.

На основании литературного обзора обоснован выбор для испытания лис-товых материалов настольного комплекса ЭМУ-5-ПК, имеющий малые габа-риты и массу, отсутствие вращающихся деталей, обладающего бесшумно-стью и полной экологической чистотой, простотой технического обслужива-ния и низкими энергопотреблением и стоимостью. Усталостные испытания образца осуществлялись по «мягкой» схеме чистого изгиба в одной плоско-сти, когда при электродинамическом возбуждении заданной величиной явля-ется постоянное на всем протяжении испытаний напряжение, а перемещение образца кинематически не ограничено и может изменяться в зависимости от изменения жесткости нагружаемой системы в период нарастания усталост-ных повреждений и постепенного развития усталостной трещины. С целью обеспечения возможности отслеживания изменения текущего прогиба плос-кого образца в процессе циклического нагружения для корректного опреде-ления изменения его амплитуды кроме индукционного датчика 9 в установке ЭМУ-5 предусмотрен датчик часового типа 10 (рис. 1).

Анализ результатов исследования Установлено, что сталь 08кп обладает более высокими пластическими

свойствами. На рисунке 2 представлены кривые усталости этих сталей. Из них следует, что сталь 08кп обладает более стабильными усталостны-

ми свойствами, хотя предел выносливости у нее, определенный по методу Локати, несколько ниже, чем у стали 20кп. Так, у стали 08кп предел вынос-ливости составляет 176 МПа, а у стали 20кп – 190 МПа.

111

Рис. 1. Модернизированная усталостная установка ЭМУ-5: 1 – неподвижный захват; 2 – подвижный захват; 3 – образец; 4 – электромагниты; 5 – винтовые механизмы; 6 – подшип-никовый узел; 7 – реверса; 8 – якорь; 9 – индукционный датчик; 10 – основание; 11 – индикатор часового типа

Кривые изменения текущего прогиба образцов из стали 08кп (рис. 3, а) и 20кп (рис. 3, б) в процессе циклического нагружения в координатах ∆f – N, являющиеся отражением процесса усталости материала от зарождения уста-лостной трещины до полного разрушения образца. В качестве примера при-ведены кривые изменения прогиба при усталости образцов.

В таблице представлены результаты математической обработки соотно-шения параметров кривых текущего прогиба образца в процессе циклическо-го нагружения с наблюдением момента зарождения усталостной трещины и фиксацией ее последующего развития.

Анализ полученных результатов показывает, что, несмотря на то, что предел выносливости, полученный по методу Локати, у стали 20кп не-сколько выше, чем у стали 08кп, у стали 08кп усталостная макротрещина зарождается раньше и подрастает со значительно меньшей скоростью, по-этому появляется возможность своевременного ее обнаружения и устране-ния дефектной детали.

112

а

б

Рис. 2. Кривые усталости сталей 08кп (а) и 20кп (б) в координатах σ – N, коэффициент корреляции r = –0,829 и 0,781 соответственно

113

а

б

Рис. 3. Кривые изменения текущего прогиба образцов из сталей 08кп (а) и 20кп (б) в процессе циклического нагружения плоским изгибом частотой 27 Гц при σ = 265 МПа (Nр = 262000 циклов) и 235,2 МПа (Nр = 174000 циклов) соответственно

114

Параметры этапов усталостного разрушения х сталей 08кп и 20кп

Материал Np, цикл

nз.тр, цикл

nроста тр, цикл

lтр, мм

Vср.тр, мм/цикл

nз.тр, % от Nр

nроста тр,% от Nр

σ–1, МПа

Сталь 08кп 262000 82000 180000 9,8 5,38.10-5 31,3 68,7 176 Сталь 20кп 174000 68000 106000 9,4 8,86.10-5 39,8 60,2 190 Np – полное число циклов до разрушения образца; nз.тр – число циклов до зарождения усталостной трещины; nроста тр – число циклов роста усталостной трещины; lтр – полная длина усталостной трещины; Vср.тр – усредненная скорость роста усталостной трещины; nз.тр – доля долговечности до зарождения усталостной трещины от долговечности до полного

разрушения образца; nроста тр – доля долговечности роста усталостной трещины от долговечности до полного раз-

рушения образца; σ–1 – предел выносливости по методу Локати

Так, например, у стали 08кп число циклов до полного разрушения

(262 000 циклов) и период до зарождения усталостной трещины (82 000 цик-лов) больше, а скорость ее дальнейшего роста (5,38⋅10–5 мм/цикл), чем у ста-ли 20кп (174 000, 68 000 циклов и 8,86⋅10–5 мм/цикл соответственно). Хотя эти параметры получены при большем (265 МПа) напряжении для стали 08кп против лишь 235 МПа для стали 20кп.

Кроме того, анализ химического состава и механических свойств показыва-ет, что сталь 08кп обладает большей пластичностью по сравнению со сталью 20кп, имеющей большее содержание углерода, обеспечивая ее лучшую штам-пуемость при формообразовании крыльев, капота и других фасонных деталей.

Это обусловливает в процессе конструирования автомобиля эксплуатаци-онное преимущество выбора стали 08кп против стали 20кп, так как появляет-ся большая возможность обнаружения повреждений при ТО автомобиля, что снижает вероятность аварий по этой причине.

На основании полученных результатов предложен метод оценки этапов кинетики усталостной деструкции листовых конструкционных материалов по анализу изменения текущего прогиба образцов в процессе циклического на-гружения.

Выводы и рекомендации На основании анализа полученных кривых изменения текущего прогиба

плоских образцов из автомобильных сталей 08кп и 20кп установлено, что они представляют собой интегральную характеристику деструкции металличе-ских образцов, протекающей при знакопеременном нагружении, так как по-зволяют отслеживать стадии повреждаемости при усталости – повреждение структуры на начальном этапе, момент появления макроскопической трещи-ны, ее последующее продвижение вплоть до полного разделения конструк-ционного материала.

115

Предложен способ [13] обоснованного выбора материала на этапе конст-руирования корпусных листовых элементов автомобиля повышающий его ремонтопригодность и, как следствие, безопасность при эксплуатации по па-раметрам кривых изменения текущего прогиба плоских образцов в процессе циклического нагружения.


1. Исследование процесса усталости автомобильных материалов / Г. В. Пачурин, Д. А. Гончарова, А. А. Филиппов, Т. В. Нуждина, В. Б. Деев // Известия вузов. Черная металлургия. – 2019. – № 9. – С. 732–738.

2. Goncharova, D. A., Pachurin, G. V., Filippov, A. A., Kuzmin, N. A. Fatigue destruc-tion of automobile construction materials. J. of Physics: Conference Series, 2019, pp. 012025.

3. Процесс усталостной повреждаемости листовых автомобильных сталей / Г. В. Пачурин, Д. А. Гончарова, Н. А. Кузьмин, А. А. Филиппов, Т. В. Нуждина // Технология металлов. – 2019. – № 8. – С. 16–22.

4. Kuzmin, N. A., Goncharova, D. A., Pachurin, G. V., Filippov, A. A., Korotunova, I. A. Improvement of car repairability based on the material destruction assessment dur-ing its operation. AAE IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering, 2019, 695, 012029, IOP Publishing.

5. [Development of Fatiguetest Technology of Sheet Automobile Materials] / Г. В. Па-чурин, Д. А. Гончарова, А. А. Филиппов, С. М. Шевченко, М. В. Мухина, Н. А. Кузь-мин, В. Г. Пачурин, Ю. И. Матвеев, Л. И. Кутепова, Ж. В. Смирнова. Eastern European J. ogies, 2018, vol. 5, no. 12, pp. 31-37, Materials science. UDC 620.169.1.

6. Гончарова, Д. А. Эффект технологии обработки на структурно-механические свойства автомобильных материалов / Д. А. Гончарова, А. А. Филиппов, Г. В. Пачу-рин // Инновационная наука, образование, производство и транспорт: Техника и тех-нологии : монография. – Одесса : КУПРИЕНКО СВ, 2018. – Серия «Инновационная наука, образование, производство и транспорт». – № 1. – С. 204–209.

7. Пачурин, Г. В. Технология исследования разрушения конструкционных мате-риалов в разных условиях нагружения : учебное пособие. – 2-е изд., испр. и доп. – Москва : ИНФРА-М, 2021. – 204 с.

8. К вопросу оценки деструкции автомобильных материалов в процессе его экс-плуатации / Д. А. Гончарова, Г. В. Пачурин, А. А. Филиппов, Н. А. Кузьмин // Новые материалы и перспективные технологии : 4-й междисциплинарный научный форум с международным участием (Москва, 27–30 ноября 2018 г.). – С. 1817–1822. – Сек-ция V. – С. 66–72.

9. Гончарова, Д. А. Исследование процесса усталостного разрушения листовых материалов / Д. А. Гончарова, Г. В. Пачурин // Механические свойства современных конструкционных материалов : Научные чтения им. чл.-корр. РАН И. А. Одинга (Мо-сква, 17–18 сентября 2020 г.) : сборник материалов. – Москва : ИМЕТ РАН, 2020. – С. 171.

10. К оценке процесса усталостного разрушения листовых автомобильных мате-риалов / Г. В. Пачурин, Д. А. Гончарова, А. А. Филиппов, Т. В. Нуждина // Прогрес-сивные технологии и системы машиностроения. – 2019. – № 3 (66). – С. 48–53.

116

11. Kuzmin, A. N., Filippov, A. A., Pachurin, G. V., Goncharova, D. A. Optimization of Perlite Steels Mechanical Properties for Car Fasteners Stamping. AAE IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering, 2019, 695, 012030. IOP Publishing.

12. Гончарова, Д. А. Усталостное разрушение автомобильных конструкционных материалов / Д. А. Гончарова, Г. В. Пачурин, А. А. Филиппов. Академическая наука – проблемы и достижения = Academics cience - problems and achieve ments XVII (15–16 октября 2018 г.), USA, North Charleston, pp. 74-77.

13. Патент на изобретение RU 2 739 154 C1. Способ прогнозирования параметров усталостного разрушения листовых металлических материалов / Гончарова Д. А., Пачурин Г. В., Филиппов А. А.

117

УДК 656.614.2

Е. П. Гординская, аспирант Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет, Омск

[email protected]

Основные принципы планирования современных маршрутных систем

городского пассажирского транспорта Рассматривается роль документа транспортного планирования в проектирова-

нии маршрутных сетей. Представлена программа комплексного развития транс-портной инфраструктуры, основные направления и показатели маршрутных сетей.

Ключевые слова: транспортная эффективность, маршрутная сеть, транспортная система, инфраструктура, городской пассажирский транспорт.

Введение

Транспортная эффективность – один из показателей развития крупных го-родов.

Повышению мобильности населения больших городов, росту производи-тельности труда, результативному землепользованию и оптимизации транс-портной сети с объектами, связанными с объектами социальной, культурной, деловой и общественной сферы способствует планирование маршрутных сетей городского наземного транспорта.

Благодаря транспорту создаются условия, способствующие перемещению населения, взаимодействия товаров и услуг, происходит обмен знаниями, а также улучшается экономическая эффективность. Инвестиции страны в развитие городского общественного транспорта полностью связаны с ее экономическим и технологическим развитием, благодаря которому происхо-дит развитие транспортной инфраструктуры. Однако это взаимодействие имеет и свои минусы.

Существуют следующие проблемы, которые напрямую зависят от разви-тия транспорта, так как транспорт ведет к увеличению транспортных средств. Появляются проблемы перегрузки улично-дорожных сетей, учащаются до-рожно-транспортные происшествия (ДТП), а также происходит значительное загрязнению окружающей среды.

Вышеупомянутые проблемы актуальны во всем мире, поэтому городско-му планированию транспортной системы следует уделять большое внимание. Поскольку управление транспортной системой (ТС) поддерживается в усло-виях ресурсных ограничений (время, финансы, земля), можно сделать вывод, что в качестве методов повышения эффективности транспортной системы

© Гординская Е. П., 2021

118

выделяют следующие: увеличение пропускной способности существующей улично-дорожной сети, развитие транспортной инфраструктуры в соответст-вии с потребностями населения, а также создание приоритетных условий для обеспечения безопасности участников дорожного движения. Чтобы решить данные задачи необходимо разработать комплексные программы развития транспортных систем и планирование пассажирских перевозок.

Планирование пассажирских перевозок Планирование пассажирских перевозок по маршрутным сетям не должно

быть спорным и бессистемным; оно должно быть рассмотрено как неотъем-лемый компонент долгосрочного комплексного плана развития города.

Следовательно, документу, который регламентирует план перевозок по маршрутным сетям, необходимо быть связанным с документами, которые относятся к стратегическому планированию движения транспортом, такими как: генеральный план, стратегия социально-экономической разработки, про-грамма комплексного развития транспортной инфраструктуры, комплексная схема организации дорожного движения [1]. Транспорт и городской электро-транспорт в контексте системы территориального планирования движения представлен на рисунке.

Место документов, регламентирующих транспорт в составе документов планирования перевозок

119

Программа комплексного развития транспортной инфраструктуры (ПКРТИ) должна быть разработана на основе положения, которое входит в состав генерального плана и плана мероприятий, которые связаны со стра-тегией социально-экономического развития города.

Основной задачей ПКРТИ является обеспечение долгосрочного сбаланси-рованного и скоординированного развития транспортной инфраструктуры населенных пунктов и городских округов. Ее целью является обеспечить ус-тойчивое социально-экономическое развитие городской инфраструктуры.

ПКРТИ должна обеспечивать надлежащую безопасность, должное каче-ство и эффективность транспортных услуг, которые оказываются населению за счет приоритета общественного транспорта, доступности транспортной инфраструктуры, эффективности использования и устойчивое развитие, от-вечающее запросам населения.

Проектирование, строительство и реконструкция объектов транспортной инфраструктуры по видам транспорта, а также мероприятия, созданные для содействия, развития и создания пересадочных узлов, интегрированных пар-ковочных мест, инфраструктуры, предназначенной для пешеходов и велоси-педных развязок, входят в состав мероприятий ПКРТИ.

Кроме того, ПКРТИ может предусматривать деятельность организации дорожного движения, деятельность, которая направлена на внедрение интел-лектуальных транспортных систем, а также те мероприятия, которые нацеле-ны на снижение негативного воздействия на окружающую среду и здоровье человека.

Достижения целевых технико-экономических, финансовых и социально-экономических показателей, развитие транспортной инфраструктуры, пока-затели безопасности, качества и показатели эффективности транспорта, а также предоставление услуг населению и хозяйствующим субъектам обес-печиваются за счет проектов развития документа маршрутной сети на основе соответствующего планирования (пассажирских перевозок).

Для успешного и эффективного планирования движением не малое значе-ние имеет интеграция.

Планирование высшего порядка (генеральный план, программы социаль-но-экономического развития, ПКРТИ) ведет к более локализованному плани-рованию. Благодаря интегрированной схеме управления движением, а также документу планирования перевозок позволяется достичь приоритетов, кото-рые отображены в документах «стоящих выше».

Из-за того, что каждый документ является по-своему уникальным, все по-ложения, решения и требования, которые он содержит в себе, влияют на пла-нирование (двусторонние стрелки на рисунке).

Поскольку планирование перевозок и проектирование маршрутных сетей преследуют двойную задачу – обеспечение постоянной мобильности граж-дан, правильно нацеленной транспортной деятельности муниципальных ор-

120

ганов и жителей города – должно происходить создание основных принципов экономического и социального развития.

Чтобы оставаться в центре интеграции в качестве фона, который гаранти-рует комплексное развитие, планирование должно быть согласовано и связа-но с документами планирования (см. рисунок).

Такой документ планирования должен содержать нижеперечисленные стратегические вопросы [5]:

• интеграция моторизованных и немоторизованных видов транспорта; • стимулирование перехода населения на общественный транспорт; • реализация «экологических» принципов; • предоставление доступности общественного транспорта; • обеспечение каждого жителя качественными услугами. Рассмотрим основные принципы планирования систем городского пасса-

жирского транспорта. С учетом вышеизложенного можно сформулировать основные принципы

планирования систем городского пассажирского транспорта. 1. Принцип стабильности. Исходя из того, что долгосрочные социально-экономические и экологиче-

ские последствия непосредственно влияют на планирование перевозок и про-ектирование маршрутных сетей, нужно выделять определенные актуальные перспективы, направленные на дальнейшее развитие, но в то же время урав-новешенные с краткосрочными потребностями в мобильности.

2. Принцип интеграции. Документы, относящиеся к планированию транспортировки и проектиро-

ванию систем маршрутов, требуют этого. Интеграция документов, которые будут включены и объединены со спи-

ском документов планирования движения и позволят обеспечить внутрен-нюю координацию между этими документами, их синергизм [3].

В таблице 1 представлены основные направления и принципы планирова-ния городских пассажирских перевозок.

Оптимизированное планирование маршрутной сети – решающий фактор, способствующий эффективному функционированию общественного транс-порта [2]. Могут наблюдаться значительные различия в качестве услуг, в объеме транспортировки и эксплуатации, а также расходы в зависимости от степени выполнения следующих ключевых требований [4].

Основные направления и принципы планирования городских пассажирских перевозок Направления Принципы Меры по реализации принципов

1. Экономические, социальные и экологические показатели и их текущие перспективы

Решения по планированию должны быть приняты с учетом финансовых мощностей

– Финансирование будет осуществляться в пер-вую очередь в сферах первичной необходимости и экономичности.

– Выбрать наиболее экономичный способ дос-тижения желаемого эффекта.

– Сравнить цели и ожидаемые финансовые ре-сурсы

Соотношение эффектов и затрат на теку-щий момент и на длительный срок

– Обеспечить справедливый и равноправный дос-туп для всех категорий граждан (в том числе мало-мобильные люди) посредством пешеходного, вело-сипедного, а также общественного транспорта.

– Проанализировать различные механизмы наи-более эффективного использования платежей

2. Интеграция транспортной сис-темы

Интеграция инфраструктуры и режимы работы транспорта

– Проанализировать все режимы работы транс-порта и выбрать лучший.

– Обеспечить взаимосвязь между режимами ра-боты транспорта, общего пользования. остановки транспорта, дорожные развязки, парковки, пла-тежные системы, инфраструктура пешеходного и велосипедного движения.

– Интегрировать новые транспортные сети с су-ществующими.

– Включить недостающие звенья в транспорт-ную сеть, например, большинство важных пеше-ходных и велосипедных маршрутов

Продолжение таблицы Направления Принципы Меры по реализации принципов

Прежде всего, использование сущест-вующих инфраструктур и существующих общественных режимов работы транспорта

– Обеспечить приоритет существующих режи-мов работы общественного транспорта.

– Найти возможности использования сущест-вующей транспортной инфраструктуры на проек-тируемой маршрутной сети

Предоставление эффективного управле-ния

– Внести изменения в законодательство, разра-ботать и внедрить документацию и стандарты транспортного планирования.

– Принимать активное участие во всех процессах государственной политики, связанных с транс-портным планированием.

– Обеспечить прозрачность приобретения, ана-лиза и развития транспортно-планировочной до-кументации.

– Привлечь заинтересованных лиц и проинфор-мировать их при разработке транспортно-планировочной документации

3. Интеграция транспорта и другие направления планирования

Сотрудничество между транспортной властью и властью других отделений, с целью учета планов и приоритетов, свя-занных с их развитием

– Сотрудничать с другими государственными органами для координации землепользования, ин-фраструктура и вопросов, связанных с транспор-том.

– При принятии транспортно-планировочных решений учитывать другие виды планирования и приоритеты развития других отраслей на всех уровнях государства управления

Продолжение таблицы Направления Принципы Меры по реализации принципов

Сотрудничество между транспортной властью и властью других отделений, с целью учета планов и приоритетов, свя-занных с разработкой транспортной отрасли

– Оказывать влияние на принятие решений в сфере планирования в других филиалов и на всех уровнях государственного управления.

– Оказывать влияние на планирование размеще-ния центров притяжения (больницы, школы и т. д.) с целью улучшения их доступности.

– Сотрудничать и развивать эффективные парт-нерские отношения с целью определения планов и приоритетов в других отраслях

4. Разработка эффективных парт-нерских отношений между транс-портными службами, прочими фи-лиалами и обществом

Процесс разработки должен быть откры-тый и прозрачный

– Определить методы, средства и степень со-трудничества с партнерами в рамках решения за-дач транспортного планирования.

– Определить и согласовать (вместе с партнера-ми) желаемые результаты планирования.

– Разработать план мероприятий для своевре-менного вовлечения заинтересованных сторон (этап транспортного планирования).

– При проведении анализа в области транспорт-ного планирования необходимо использовать опыт предыдущих исследований, в том числе партнерский опыт

Мнение заинтересованных сторон – Учитывать мнение заинтересованных сторон, чтобы улучшить эффективность отношений с партнером при транспортном планировании.

– Сохраняйте гибкость в процессе транспортного планирования и учитывайте мнения заинтересо-ванных сторон.

– Проинформировать заинтересованные стороны и предоставить информацию о транспортном пла-нировании, процессе и его результате

124

• Маршрутная сеть для всех видов транспорта с разным уровнем обслу-живания должна быть интегрирована, связывать все транспортные центры и покрывать всю территорию обслуживания.

• Тип транспорта и режим предоставления услуг должны соответствовать спросу на городской пассажирский транспорт.

• Маршрутная сеть должна иметь определенную структуру и быть дос-тупной для понимания и запоминания.

• Маршруты должны быть, по возможности, максимально простыми и обеспечивать потенциально высокую скорость и строгое соблюдение гра-фика движения.

• Интенсивность движения по маршруту должна соответствовать спросу на трафик.

Маршруты с максимальной интенсивностью свяжут центр города с при-городами, жилыми и промышленными зонами и транспортными узлами.

• Маршрутная сеть должна быть стабильной в течение длительного пе-риода времени и в то же время иметь возможность масштабироваться с уче-том транспортных потребностей новых районов и меняющихся потребностей населения.

Современные методы проектирования ориентированы на конечных поль-зователей транспортных услуг. Это обеспечивает транспортную привлека-тельность и удобство его использования населением.

При проектировании ориентированной на пользователя маршрутной сети можно выделить 5 основных задач и связать их между собой. Результаты ре-шения вышеуказанных задач представлены ниже.

1. Интересы пользователя: минимальное время в пути и минимальное ко-личество пересадок, высокая посещаемость и количество остановок, доступ-ность, надежность и безопасность услуг, комфорт, экологическая безопас-ность, вежливый персонал, низкие тарифы.

2. Региональная целесообразность: низкие затраты на инфраструктуру, снижение интенсивности движения, улучшение экологии, экономическое развитие и репутация региона.

3. Подбор технологических решений: предложения производителей, предпочтения и возможности транспорта, операторы, инфраструктурные ог-раничения, уровень перспектив и инноваций.

4. Бюджетные возможности: финансовые ограничения инвестиционных и операционных расходов, возможность повышения тарифов и понижение частоты трафика.

5. Принятие решений: технические и технологические решения на основе предпочтений пользователей с учетом экономические возможности региона.

При проектировании маршрутной сети происходит повышение качества обслуживания населения только в том случае, когда берутся во внимание следующие показатели:

125

• суммарное время, которое тратят пассажиры, чтобы добраться «от двери до двери»;

• удаленность остановочных пунктов друг от друга; • количество пересадок, совершенных во время поездки пассажира; • безопасность дорожного движения; • степень загруженности подвижного состава; • стоимость проезда в общественном транспорте; • удобство использования транспорта и др. Один из наиболее часто используемых критериев оценки транспорта яв-

ляется время в пути.

Заключение Интеграция и стабильность – это главные принципы, которые могут вли-

ять на планирование перевозок и проектирование маршрутных сетей. При планировании маршрутной сети необходимо выделять определенные акту-альные перспективы, направленные на дальнейшее развитие. Документ транспортного планирования должен быть включен в документы, которые объединены со стратегическим планированием движения, чтобы позволить дизайнеру создать фон для комплексного развития транспортной сети города, таким образом, происходит увеличение взаимного влияния документов. С учетом вышеизложенного, исходя из направлений и принципов планирова-ния перевозок, были сформулированы основные показатели маршрутных сетей, что следует учитывать на этапе их проектирования.


1. Белоконь, Ю. Н. Региональное планирование (теория и практика) / под ред. И. А. Фомина. – Кемерово : Логос, 2015. – 259 с.

2. Давидович, В. Г. Планировка городов и районов: Инженерно-экономические ос-новы. – Москва : Государственное изд-во литературы по строительству, 2016. – 326 с.

3. Демин, Н. М. Управление развитием градостроительных систем. – Кемерово : Будивэльнык, 2017. – 184 с.

4. Муллагалеева, З. З. Теоретико-методологические основы экономической поли-тики городов, образующих агломерацию. – Кемерово, 2017. – 225 c.

5. Яновский, В. В. Город как система и объект управления. Введение в проблемы управления городским хозяйством : учебно-методическое пособие. – Санкт-Петербург : Изд-во Северо-Западной академии государственной службы, 2018. – 25 c.

126

УДК 656.614.2

Е. П. Гординская, аспирант Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет, Омск

[email protected] Повышение эффективности работы и качества обслуживания

общественным транспортом В статье рассматривается проблема повышения эффективности работы и ис-

пользования городского общественного транспорта в больших городах. Анализиру-ется качество обслуживания городского общественного транспорта. Оценивается его доступность и комфорт. Предлагаются решения по снижению трудностей и неудобств, связанных с покупкой билетов на местный транспорт.

Ключевые слова: городской общественный транспорт, доступность, комфорт, бла-гоустройство.

Введение

Общественный транспорт играет жизненно важную роль в устойчивом развитии городов и обеспечении благополучия их граждан. Он должен удов-летворять многочисленным и разнообразным требованиям городской мо-бильности, в том числе минимизировать время в пути между пунктами на-значения. Задачами исследования являлось: проанализировать основные фак-торы, влияющие на эффективность работы общественного транспорта; определить основные виды общественного транспорта, которые используют-ся в больших городах, провести обзор мер улучшения эффективности рас-пространения и покупку билетов в общественном транспорте.

Теоретический анализ научных источников показал, что внедрение и под-держание эффективной и действенной системы городского транспорта явля-ется сложной задачей. Хотя не существует универсального подхода, посколь-ку города различаются по размеру, микроклимату, структуре, степени урба-низации и благосостояния, степени подверженности экстремальным погодным условиям, но Н. В. Петров подчеркивает, что должны вводиться решения, которые наилучшим образом учитывают местные условия для ус-тойчивого развития городского транспорта [5].

Таким образом, внедрение и поддержание эффективной и действенной транспортной системы – непростая, но возможная задача.

Основная часть В ходе исследования нами была проанализирована научная литература,

а также были выделены следующие факторы, которые должным образом влияют на повышение эффективности работы общественного транспорта.

© Гординская Е. П., 2021

127

1. Для повышения эффективности работы общественного транспорта тре-буется, чтобы органы городского самоуправления преобразовали имеющиеся земельные и финансовые ресурсы как ограниченные капитальные затраты в соответствующую транспортную инфраструктуру и сети для обеспечения правильного сочетания различных моторизованных индивидуальных или коллективных / общественных и немоторизованных видов транспорта, а так-же должен осуществляться легкий перевод между ними, чтобы удовлетво-рить потребность в мобильности граждан мегаполисов.

2. Необходимо обеспечить возможность соединения различных видов об-щественного транспорта с национальными транспортными сетями. Эффек-тивность городского транспорта для различных видов транспорта зависит от их взаимосвязанности и связи с национальным транспортом, особенно в го-родских районах, где люди могут жить за пределами больших городов и ез-дить на работу каждый день. Часто эти пассажиры фактически используют национальный или региональный транспорт.

3. Спрос на услуги городского общественного транспорта должен быть пропорционален доступности, которую он обеспечивает: лучшая доступность должна приводить к более высокому спросу.

4. Стоит отметить, что существует потребность в достаточно хорошем ди-зайне сети общественного транспорта, желательно с различными вариантами режимов, взаимосвязанными друг с другом. С этой целью доступность обще-ственного транспорта оценивается с точки зрения вариантов и пропускной способности, предлагаемых сетью.

Могут ли процветать города, которые являются центрами, соединяющими рынки труда, инвестиций, образования, торговли, отдыха, здравоохранения, зависит, в частности, от доступности этих рынков.

Как указывает Ефимова Е. Г., в больших городах основным видом обще-ственного транспорта является автобус [3], но это может быть троллейбус, трамвай, метро, городской поезд.

Существуют и другие виды транспорта, которые обычно перевозят гораздо меньше пассажиров по сравнению с основными. По статистике, чем больше столица страны, особенно с точки зрения населения, а также географического размера, тем больше вариантов общественного транспорта она предлагает.

Выделим черты, которые характеризуют высокое качество обслуживания общественным транспортом.

1. Городской общественный транспорт надежен, если он ходит по мар-шрутам. И время отправления от остановки, и время в пути между останов-ками должны обеспечивать взаимосвязь, для эточего необходимо придержи-ваться маршрутов.

2. Городской общественный транспорт обеспечивает хорошую доступ-ность, если он соединяет места проживания горожан с местами их работы, учебы, покупок, отдыха или получения медицинской помощи. Эти соедине-ния могут быть прямыми или взаимосвязанными в пределах городских или

128

национальных сетей общественного транспорта, но они должны обеспечи-вать удовлетворительное общее время поездки

3. Городской общественный транспорт удобен, безопасен и актуален в ис-пользовании, если он находится в надлежащем техническом и безопасном состоянии: чист, оснащен кондиционером или обогревом, защищен от внеш-него шума и др.

Чем больше город, тем выше его сложность и потенциал для внешних транспортных эффектов и, следовательно, транспортных сбоев.

Увеличение дохода вызывает рост спроса на товары и услуги, за исклю-чением некачественных товаров. Для последних увеличение дохода вызовет падение спроса. Это связано с эластичностью спроса по доходу, которая по-ложительна для обычных товаров и услуг и предметов роскоши, а отрица-тельна для низкокачественных товаров. Это понятие чисто относительное, при определенных обстоятельствах любой товар или услуга могут стать низ-шими. Это означает, что даже роскошный товар или услуга со временем мо-гут стать некачественными. Как правило, товары и услуги низшего качества существуют, если в восприятии потребителя имеются доступные товары и услуги высшего качества. Товар или услуга высшего качества служили бы той же цели, но обеспечивали бы большее удовлетворение, комфорт или бы-ли бы более высокого качества и др.

Таким образом, для города, где автобусное сообщение является единст-венным доступным вариантом, а целью политики города является повышение спроса на общественный транспорт, введение второго вида транспорта очень актуально, особенно если аналогичные города, предлагающие больше воз-можностей, действительно достигают более высоких показателей спроса на общественный транспорт. При этом, как уже было сказано, вопрос не только в предлагаемых опциях, но и в той мощности, которая ими предоставляется.

Еще одно интересное наблюдение заключается в том, что в каждой группе выборки плотности населения есть относительно большие различия между различными городами. Для группы с самой высокой плотностью населения города с интенсивным использованием метро (Берлин, Брюссель, Москва) имеют относительно более короткую сеть, чем города с преобладающим ав-тобусным транспортом по пассажиропотоку (Афины, Варшава). Это может служить объяснением того, почему в некоторых городах (Берлин, Москва) с относительно более короткой сетью общественного транспорта наблюдает-ся относительно более высокий спрос на общественный транспорт [2].

В то же время относительно высокая сеть остановок общественного транспорта не является гарантией более высокого спроса. Правильное коли-чество остановочных пунктов должно быть таким, чтобы, с одной стороны, граждане могли найти остановку поблизости от места их работы, прожива-ния, покупок или отдыха, а с другой стороны, не задерживали пересадку из-за слишком частых остановок видов общественного транспорта.

129

Что касается скорости, с которой общественный транспорт перевозит пас-сажиров, она должна быть удовлетворительной для пассажиров, чтобы для передвижения они выбирали общественного транспорта, а не личный авто-мобиль.

Трамваи развивают еще более низкую скорость, чем автобусы. Как под-черкивает А. Г. Асатрян, лишь в двух случаях (Афины и Дублин) трамваи движутся со средней скоростью выше 20 км/ч. В то же время есть несколько случаев, когда средняя скорость составляет ниже 15 км/ч (Белград, Бухарест, Москва, София, Загреб) [1].

Метро – самый быстрый вид общественного транспорта, и в большинстве случаев его средняя скорость превышает 30 км/ч [1]. Однако есть два случая (Брюссель и Рим), когда метро не достигает этого среднего уровня скорости. Низкая средняя скорость движения общественного транспорта (Бухарест, Любляна) может быть причиной снижения спроса на общественный транспорт.

Ефимовой Е. Г. было выявлено, что жители больших городов Европы стал-киваются с неудобствами покупки билетов на общественный транспорт [3].

Существуют некоторые решения, которые позволяют повысить доступ-ность приобретения билетов и сокращают время и усилия потребителей на их покупку.

Выделим определенные действия, которые делают легче приобретение билетов на транспорт.

Для путешествий, а именно когда пассажир прибывает в пункт назначе-ния из дальних мест пребывания, необходима возможность пополнить про-ездные карты через интернет ресурсы.

Еще одной интересной и альтернативной возможностью является исполь-зование так называемого интегрированного проездного билета. Такой билет может действовать на всем местном общественном транспорте и может ис-пользоваться несколько дней. Чтобы вырастал спрос на такие билеты, их не-обходимо продавать во всех кассах, куда прибывает пассажир. Такой билет может выглядеть как в форме традиционного билета, а также в виде элек-тронной карты. Такая карта позволяет пассажиру проще использовать тот или иной вид общественного транспорта, так как эта карта может считывать-ся в бесконтактной системе терминала и использоваться многократно.

Главной особенностью единого билета на общественный транспорт явля-ется его конкурентоспособность, так как такой билет должен быть выгоднее, чем сумма разовых билетов. Для того чтобы общественный транспорт поль-зовался спросом у пассажиров, цена за билет в транспорте должна быть ниже стоимости отдельно купленных биллетов на последующие перемещения пас-сажирами.

В мире существует еще одна система, которая улучшает взаимосвязь раз-личных видов общественного транспорта. Такой системой является продажа билетов, которые действуют на покрытие дальних и коротких расстояний передвижения пассажиров. Такие билеты действуют как в железнодорожном,

130

так и в воздушном общественном транспорте и являются едиными для этих видов транспорта. Но у этой системы есть и минусы. Например, транспорт-ным компаниям очень сложно распределить между собой доходы от продажи и использования таких билетов.

Еще одним эффективным и рационально важным решением является при-соединение в стоимость билета, который рассчитан на продвижение пасса-жиров на дальнее расстояние, тарифа на использование такси. Данная систем очень актуальная в Вене. Она пользуется спросом, так как происходит со-трудничество различных авиа-, ж/д- и компаний такси.

Выделим 4 решения продажи билетов, с помощью которых уменьшаются проблемы с их оплатой, временем покупки билетов и неудобства их приобре-тения:

– интернет-покупка билета; – электронные карты; – покупка билета с помощью текстовых сообщений на смартфоне; – покупка виртуальных билетов. Электронная карта является своего рода электронным билетом. В такую

карту встроена микросхема, которая отвечает за память. Эта микросхема по-зволяет использовать карту для различных транспортных услуг.

Пополнение такой карты может происходить через интернет онлайн или же можно приобрести такую новую карту в кассе, на которую уже будут за-гружены денежные средства.

Когда пассажир использует данную карту в общественном транспорте, происходит бесконтактное списание денежных средств путем прикладывания данной карты к терминалу оплаты у кондуктора, водителя транспортного средства или же в салоне без участия кондуктора или водителя.

Внедрение таких смарт-карт помогает получить высокоточную информа-цию о поездках пассажиров, которую также можно использовать для мони-торинга, маркетинга и сетевого планирования.

В качестве примеров такого решения можно упомянуть OV-chipkaart в Нидерландах, карту Oyster в Великобритании, карту YTV Greater Helsinki или Opencard в Праге – абонемент на общественный транспорт в Праге и оп-лата парковки в Праге [4].

Обеспечение качественным общественным транспортом – непростая за-дача. С точки зрения доступности планировщик городского общественного транспорта должен найти оптимальное решение между удовлетворением максимального спроса на услугу и минимизацией эксплуатационных расхо-дов. Решения по продаже билетов и ценообразованию касаются предостав-ления интегрированных цен и продажи билетов для дальних поездок. Идея состоит в том, что это упростит использование многоступенчатого путеше-ствия.

131

Заключение Была выделена отдельная группа решений, которая включает в себя мар-

кетинг, информацию и продажи, а также включающая в себя брэндинг, пре-доставление информации о поездках и новые каналы продаж в больших го-родах. Идея исследования заключается в том, что все выше изложенное мо-жет упростить использование многоэтапного передвижения пассажиров и поможет пользователям общественного транспорта определить и получить доступ к наиболее подходящим вариантам для передвижения в транспорте.


1. Асатрян, А. Г. Формирование, развитие и управление инновационной инфра-структурой города. – Москва, 2016. – 115 с.

2. Баранов, Д. Н. Современные тенденции развития экономики городских агломе-раций : монография. – Саратов : Вузовское образование, 2018. – 188 с.

3. Ефимова, Е. Г. Транспорт в мировом хозяйстве. – Москва : Анкил, 2017. – 352 с. 4. Муллагалеева, З. З. Теоретико-методологические основы экономической поли-

тики городов, образующих агломерацию. – Кемерово, 2017. – 108 с. 5. Петров, Н. В. Городские агломерации: состав, подходы к делимитации // Про-

блемы территориальной организации пространства и расселения в урбанизированных районах. – Свердловск, 2016. – 125 с.

132

УДК 629.235.134

Д. А. Гусев, кандидат технических наук, доцент М. М. Разяпов, доцент

Башкирский государственный аграрный университет, Уфа [email protected]

Моделирование температурного поля агрегатов

трансмиссии автомобиля в процессе тепловой подготовки

Представлены варианты тепловой подготовки агрегатов трансмиссии авто-тракторной техники на примере раздаточной коробки ZF VG 1600/300, рассмотре-ны примеры моделирования поля распределения температур в программном комплек-се КОМПАС APM-FEМ и предложены меры по повышению интенсивности обогрева и снижения риска термических повреждений.

Ключевые слова: тепловая подготовка, обогрев, подогрев, предпусковая подго-товка, агрегаты трансмиссии, раздаточная коробка, ZFVG 1600/300, низкие темпера-туры.

Введение

Эксплуатация автотракторной техники в Российской Федерации сопряже-на с большим периодом работы в условиях низких температур, что вызывает существенное снижение надежности основных агрегатов. Нормативные до-кументы [1], регламентирующие эксплуатационные свойства автотракторной техники, такие как ОСТ 37.001.052.200 «Двигатели АТС. Качества пуско-вые», ГОСТ Р 52280–2004 «Автомобили грузовые. Общие технические тре-бования», регламентируют только продолжительность подготовки к запуску двигателя, и не разделяют термины «запуск» и «готовность к работе» (т. е. готовность к принятию расчетной нагрузки), не включая в себя кон-кретных мер по подготовке к работе, считая, что с запуском двигателя авто-тракторная техника готова к эксплуатации. Однако если следовать имеющи-мися стандартами, при эксплуатации возрастает вероятность резкого роста износа деталей трансмиссии вплоть до аварийного повреждения подшипни-ков, валов и шестерен [2].

Цель данной работы – снижение продолжительности времени подготовки автотракторной техники к приему нагрузок в условиях низких температур.

Подготовка автотракторной техники к работе в условиях низких температур

Из опыта эксплуатации автомобилей КамАЗ с агрегатами трансмиссии ZF (КПП и раздаточная коробка (РК)) следует, что именно эти агрегаты наибо-

© Гусев Д. А., Разяпов М. М., 2021

133

лее подвержены воздействию низких температур. Наиболее частые неис-правности – аварийное повреждение подшипников валов РК, поломка вы-ходного вала РК, повышенный износ подшипников валов КПП.

Определено, что причиной большинства поломок является масляное го-лодание, так как современные агрегаты трансмиссии имеют 3 вида смазки: разбрызгиванием, самотеком, из специально выполненных карманов, напол-няемых за счет разбрызгивания шестернями, подшипники смазываются под давлением при помощи насоса. На рисунке 1 показаны полости системы смазки раздаточной коробки ZFVG 1600/300 [3].

Рис. 1. Вид картера РК ZFVG 1600/300 изнутри

Очевидно, что для обеспечения надежности автотракторной техники при эксплуатации в условиях низких температур следует обратить внимание на вопросы обогрева масла в агрегатах трансмиссии, так как КПП современной техники имеют комбинированную систему смазки, включая смазку под дав-лением, увеличение вязкости масла увеличивает вероятность поломки, а ис-пользование маловязких масел не всегда одобряется производителем.

Тепловая подготовка к работе агрегатов трансмиссии Наиболее распространенный способ решения этой проблемы – тепловая

подготовка агрегатов трансмиссии аналогично двигателю [3], однако если масляный поддон картера двигателя является емкостью, заполненной мотор-ным маслом, то картер РК имеет уровень масла 130 мм, а полный объем мас-ла составляет 6,2 л, и более толстые стенки. Кроме этого, в картере РК нахо-

134

дится вал с шестернями, на треть погруженный в масло. Большая вязкость трансмиссионного масла обусловливает худшие условия для конвекции. Ис-ходя из этого следует подогревать не только нижнюю часть картера РК, но и его боковую поверхность, где отлиты карманы для подачи масла самотеком (рис. 2).

Рис. 2. Места локализации карманов для подачи масла РК ZFVG 1600/300

На кафедре автомобилей и машинно-тракторных комплексов Башкирско-го ГАУ было установлено, что подогрев агрегатов (двигателя, трансмиссии и рабочего оборудования) горячей газовоздушной смесью (ГВС) [4], полу-чаемой при помощи генератора ГВС, является наиболее эффективным спосо-бом тепловой подготовки.

Для оценки эффективности предложенного метода тепловой подготовки можно использовать компьютерное моделирование распределения темпера-тур. Распределение температур по корпусу РК получено с применением теп-лового расчета в программе КОМПАС APMFEM [6, 10]. Для обеспечения подвода теплоты к корпусу температура обогреваемой поверхности принята 200 оС, исходя из того, что именно такая температура обеспечивает отсутст-вие термических повреждений деталей. Тепло отводилось через кронштейн крепления РК и фланец выходного вала. Начальная температура окружающей среды установлена –50 оС. Поле распределения температур показано при пе-реходе процесса обогрева в стационарный режим.

В первом случае, показанном на рисунке 3, был произведен локальный обогрев зоны расположения карманов для подачи масла.

135

а б

Рис. 3. Распределение температур в корпусе РК: а – место подвода тепла; б – распределение температур

Из рисунка 3 видно, что значительная часть теплоты распространяется за счет толстых стенок корпуса. В этом случае большая часть теплоты подведе-на только к одному карману, при этом карманы в середине корпуса и на про-тивоположной от обогреваемой стороне имеют температуру близкую к окру-жающей среде.

Решением проблемы может стать обогрев нижней части и боковой по-верхности РК [5], организованный при помощи направляющего устройства. Результаты представлены на рисунке 4. Обогрев нижней части картера РК целесообразен также исходя из того, что в ней находится резервуар для масла.

При обогреве нижней части РК и ее боковых поверхностей распределение температур стало более равномерным, нагреву подверглись все ключевые элементы: каналы подвода масла, карманы для подачи масла и масляный ре-зервуар. Это позволяет сократить время тепловой подготовки и понизить температуру горячих газов для обогрева агрегатов трансмиссии. Метод обог-рева потоком горячих газов имеет существенный недостаток, так как темпе-ратура на выходе генератора ГВС достигает 400…500 °С, что повышает ве-роятность выхода из строя уплотнений и деталей, изготовленных из поли-мерных и неметаллических материалов [6].

На кафедре автомобилей и машинно-тракторных комплексов Башкирско-го ГАУ предложен метод тепловой подготовки – обогрев агрегатов потоком горячей газовоздушной смеси. Основным недостатком такого способа тепло-вой подготовки является то, что температура на выходе генератора ГВС дос-тигает 500…700 оС [7]. Для предотвращения термических повреждений дета-лей наиболее очевидным способом является снижение температуры потока

136

горячих газов с увеличением расхода ГВС. Такого эффекта можно достиг-нуть, если в поток ГВС подать наружный воздух, например, при помощи эжекционного устройства [7]. Это обеспечит равномерный нагрев поверхно-сти корпуса агрегата и предотвратит вероятность излишних деформаций, вызванных неравномерностью распределения температур.

Рис. 4. Распределение температур в корпусе РК

Заключение Проведенные исследования показали, что, применяя компьютерное моде-

лирование тепловых процессов, можно значительно повысить эффективность обогрева агрегатов автотракторной техники, причем в ряде случаев темпера-туру ГВС можно снизить, что позволит предотвратить риски термических повреждений деталей автотракторной техники в процессе тепловой подго-товки.


1. Неговора, А. В. Повышение эффективности работы предпускового подогрева двигателя / А. В. Неговора, Д. А. Гусев // Проблемы и перспективы развития иннова-ционной деятельности в агропромышленном производстве : материалы Всероссий-ской научно-практической конференции в рамках XVII Международной специализи-рованной выставки «АгроКомплекс-2007» / Министерство сельского хозяйства Рос-сийской Федерации, Министерство сельского хозяйства Республики Башкортостан, Башкирский ГАУ, ОАО «Выставочный комплекс «Башкортостан», Башкирская вы-ставочная кампания, 2007. – С. 84–86.

137

2. Совершенствование генератора горячих газов для тепловой подготовки автомо-биля / А. В. Неговора, Д. А. Гусев, П. Г. Курдин, Н. А. Шерстнев // Автомобиль для Сибири и Крайнего Севера: конструкция, эксплуатация, экономика : 90-я Междуна-родная научно-техническая конференция Ассоциации автомобильных инженеров в ИРНИТУ, 2015. – С. 311–317.

3. Неговора, А. В. Способ интенсификации тепловой подготовки агрегатов авто-мобиля / А. В. Неговора, Д. А. Гусев // Материалы всероссийской научно-практиче-ской конференции «ФОНТиТМ-АПК-13», 2013. – С. 233-237.

4. Неговора, А. В. Применение теплоносителя смешанного типа для повышения эффективности тепловой подготовки автотракторной техники / А. В. Неговора, Д. А. Гусев // Известия Международной академии аграрного образования. – 2013. – Т. 4, № 16. – С. 196–198.

5. Гусев, Д. А. Повышение эффективности тепловой подготовки автотракторной техники путем применения теплоносителя смешанного типа / Д. А. Гусев, М. М. Разя-пов // Особенности развития агропромышленного комплекса на современном этапе : материалы Всероссийской научно-практической конференции в рамках XXI Между-народной специализированной выставки «АгроКомплекс-2011», 2011. – С. 33–35.

6. Гусев, Д. А. Установка для оценки эффективности и определения параметров смешанного теплоносителя // Инженерное обеспечение в АПК : научный сборник / Министерство сельского хозяйства Российской Федерации, Министерство образова-ния Республики Башкортостан, ФГБОУ ВО «Башкирский ГАУ», механический фа-культет. – Уфа, 2015. – С. 37–40.

7. Gabitov, I.I., Negovora, A.V., Khasanov, E.R., Galiullin, R.R., Farhshatov, M.N., Khamaletdinov, R.R., Martynov, V.M., Gusev, D., Yunusbaev, N.M., Razyapov, M.M. Risk Reduction of Thermal Damages of Units in Machinery Heat Preparation for Load accep-tance. J. of Engineering and Applied Sciences, 2019, vol. 14, no. 3, pp. 709-716.

138

УДК 621. 43:629. 11

И. Р. Гусманов, студент Л. Н. Колесникова, кандидат технических наук, доцент А. Н. Терентьев, кандидат технических наук, доцент Ижевский государственный технический университет


Практика применения технологии 3D-моделирования при проектировании аксиально-поршневого двигателя

Разработана цифровая модель опытного образца механизма качания аксиально-

поршневого двухтактного двигателя внутреннего сгорания, проведены исследования механизма по 3D-модели, по результатам которых предложены и внесены изменения в конструкцию. Работоспособность модифицированной конструкции подтверждена экспериментально.

Ключевые слова: аксиально-поршневой двигатель внутреннего сгорания, 3D-мо-дель, практическое применение цифровых технологий.

Введение

Классические конструкции двигателей внутреннего сгорания (ДВС) уже хорошо известны и отработаны. Однако потребности рынка способствуют постоянному поиску новых конструктивных решений в области двигателе-строения.

На сегодняшний день известно множество конструктивных аналогов, ко-торые по некоторым параметрам не уступают и даже превосходят широко применяемые конструкции классических двигателей с кривошипно-шатунным механизмом (КШМ). Предметом исследования является двухтакт-ный аксиально-поршневой двигатель внутреннего сгорания (АПДВС). Ана-лиз достоинств и недостатков известных конструкций АПДВС [1] показыва-ет, что сравнительно небольшие двигатели, для которых легкость, простота и компактность важнее проблем, возникающих при их эксплуатации, пред-почтительнее делать двухтактными.

Оценка работы двухтактного аксиально-поршневого двигателя внутреннего сгорания

Ключевое преимущество аксиальных двигателей, в основе которых меха-низм с наклонной шайбой, состоит в том, что поршни расположены парал-лельно друг другу по краю качающейся шайбы. Это дает возможность распо-ложить выходной вал параллельно поршням, а не под 90 градусов, как

© Гусманов И. Р., Колесникова Л. Н., Терентьев А. Н., 2021

139

у обычных двигателей с коленчатым валом. В результате двигатель получа-ется очень компактным.

Расположение поршней и принцип действия механизма с наклонной шай-бой позволяет регулировать степень сжатия путем изменения угла наклона шайбы.

Данный тип двигателя с возвратно-поступательным движением поршней вместо обычного коленчатого вала содержит рычажный механизм с компен-сацией качания. Поршни поочередно давят на рычаг, принуждающий вра-щаться муфту со смещенным центром. Муфта сцеплена с выходным валом, передает ему вращательный момент. Схема перемещения рычага представле-на на рисунке 1.

Рис. 1. Крайние и среднее положения рычагов

Аксиально-поршневой двигатель может быть использован в качестве при-вода горных машин, для моторных лодок, генераторов и в малой авиации.

На рисунке 2 представлен двухтактный аксиально-поршневой двигатель внутреннего сгорания, изготовленный на основе и по чертежам патента на изобретение [2]. Всего было изготовлено 5 таких двигателей. Поставлена за-дача организации производства таких двигателей для генераторных устано-вок.

В ходе пробных запусков двигателя выяснилось, что в определенный мо-мент происходит заклинивание механизма компенсации качания. Заклинива-ние происходит при перемещении поршня в нижнюю мертвую точку (НМТ), верхнюю мертвую точку (ВМТ) и среднее положения.

Специалистам устранить проблему путем регулирования и настройки ме-ханизма не удалось.

140

Рис. 2. Аксиально-поршневой двигатель с механизмом компенсации качания

Компьютерное и математические моделирование Для выяснения причин и поиска путей решения задачи было предложено

заменить натурные испытания компьютерным моделированием исследуемой конструкции, создать «цифровой двойник», или 3D-модель (рис. 3) механиз-ма компенсации в одном из доступных программных пакетов CAD-систем [3]. При создании 3D-модели механизма использовались имеющиеся 2D-чер-тежи двигателя, недостающие размеры были сняты непосредственно с опыт-ного образца изделия.

Рис. 3. 3D-модель механизма качания

141

После завершения создания сборочной единицы следовало оценить воз-можные перемещения отверстия пальца эксцентриковой шайбы относи-тельно продольной оси штока поршня. Для правильной работы механизма компенсации отверстие пальца должно всегда находиться на одной оси со штоком при возвратно-поступательном движении поршня. При этом экс-центриковая шайба должна совершать колебательные движения относи-тельно своего центра.

Для преодоления сил, вызывающих заклинивание механизма компенса-ции, было предложено внести в его конструкцию дополнительный элемент – штифт. Данная деталь должна выводить эксцентриковые шайбы механизма компенсации из крайних и среднего положений и обеспечить совместную работу двух эксцентриковых шайб, расположенных друг напротив друга.

Визуализация 3D-модели исследуемого механизма в режиме анимации позволила наглядно убедиться, что упорный штифт, внесенный в конструк-цию механизма компенсации качания, ограничивает перемещение штока поршня в продольном направлении.

Простой аналитический расчет распределения сил, воздействующих на упорный штифт 1 (рис. 4) позволяет оценить эффективность внесенного предложенного изменения в конструкцию. При нахождении поршня в НМТ, штифт должен упираться в наклонную часть штока 2. И тогда при начале движения поршня в ВМТ результирующая сила, возникающая на штифте, должна сдвинуть эксцентриковую шайбу 3, относительно ее центра, в сторо-ну от выходного вала 4. По мере движения поршня к ВМТ, штифт перемеща-ется ближе к упорной части штока, смещаясь в сторону от продольной оси штока 5. Во время нахождения поршня в средней точке, штифт упирается в плоскую часть штока 6. В этот момент на штоке возникает момент силы, заставляющий шток пройти среднюю точку. Схемы действия сил в различ-ных положениях представлены на рисунках 5 и 6.

Рис. 4. Схема деталей механизма качания

142

Для определения результирующей силы необходимо воспользоваться формулой

2 cos 180 ,

где Р 10 Н и mgcos 1,82 Н. Тогда 10,7 Н.

Рис. 5. Силы, возникающие на штифте в НМТ

Рис. 6. Силы, возникающие на штифте в среднем положении

143

Отсюда следует, что результирующая сила, возникающая на штоке, на 0,7 Н больше прикладываемой к поршню силы. Это способствует повороту эксцентриковой шайбы вокруг своей оси в сторону от выходного вала.

Для определения момента силы, возникающего на штифте, следует вос-пользоваться формулой

,

где Р 10 Н, и 2 мм – плечо силы. Тогда = 20 мм. Анализ полученных результатов позволяет утверждать, что момент силы,

возникающий на штифте, будет достаточным для смещения эксцентриковой шайбы вокруг своей оси в сторону выходного вала.

Выводы Проведение исследований цифровой модели механизма АПДВС дало

возможность быстро и без больших материальных затрат найти решение проблемы его заклинивания и внести необходимые изменения в конструк-цию, обеспечившие работоспособность двигателя, что подтвердилось во вре-мя натурного испытания.

Представлен пример применения цифровых технологий, который показы-вает, что можно проектирование сделать быстрее и качественнее.


1. Топалов, Э. Л. Аксиально-поршневые двигатели / Э. Л. Топалов, О. В. Куликова // Вестник Воронежского государственного технического университета. – 2009. – Т. 5, № 6. – С. 60–63.

2. Патент на изобретение № 2076926. Аксиально-поршневая машина / Зленко М. А., Кузнецов Г. В., Кутенев В. Ф., Митряев В. А., Романчев Ю. А.

3. https://www.solidworks.com/ru (дата обращения: 27.04.2021).

144

УДК 338.2

Е. С. Демишев, магистр Тюменский индустриальный университет

[email protected]

Использование газа как моторного топлива Цель данной работы заключается в изучении вопроса применения газа в качестве

моторного топлива. В работе проведен анализ литературных данных по теме иссле-дования, в частности рассмотрены вопросы текущего состояния и перспективы развития рынка газомоторного топлива как за границей, так и внутри Российской Федерации. В заключение работы отмечается, что использование газовой продукции в качестве моторного топлива в настоящее время относится к числу самых востре-бованных методов. Чтобы газ занял ведущие позиции в мировом масштабе, предпри-ятия газовой промышленности должны производить постоянную модернизацию производства.

Ключевые слова: газ, моторное топливо, двигатель, сжиженный природный газ (СПГ), Газпром.

Введение

В нашей стране имеется богатый экспериментальный опыт, который на-чинает свой отсчет с далеких 1930-х, когда были произведены первые грузо-вые машины, на которые было установлено газобаллонное оборудование, – «ЗИС-30» и «ГАЗ-44» [1].

В связи с вышесказанным можно с уверенностью сказать, что вопросы, которые касаются изучения применения газа как моторного топлива, являет-ся весьма актуальными в настоящее время.

Анализ данных В настоящее время [2] существует несколько базовых разновидностей

газа, которые применяются в настоящее время в качестве моторного топли-ва в автомобилях. Выделяются два основных вида газового оборудования – инжекторное и эжекторное. Основные преимущества и недостатки приме-нения данного оборудования являются причиной того, что данная техноло-гия постоянно совершенствуется. Результатом устранения основных недос-татков стала разработка уже шести поколений подобного рода систем. К основным характеристикам сжиженного природного газа, который при-меняется в качестве моторного топлива, можно отнести число Воббе, вели-чину теплоты сгорания, плотность сжиженного природного газа, молярная масса и концентрация элементов, входящих в состав газа, а также рассчи-танное октановое число. Уже сейчас можно с уверенностью сказать, что

© Демишев Е. С., 2021

145

экономичность и целесообразность установки и использования данного рода систем достаточно высока. Большинство водителей стараются исполь-зовать в качестве топлива пропан.

Изучению вопросов, которые касаются применения СПГ в качестве авто-мобильного топлива, с каждым годом уделяется все больше внимания [3, 4]. В данной технологии видится один из вариантов осуществления газификации населенных пунктов любой мировой страны. Однако существуют также не-которые ограничении, которые мешают широкому распространению СПГ в практической деятельности. Одним из ограничений, которое может повли-ять на широкое распространение СПГ в вопросах газификации населенных пунктов, является относительная сезонность использования данного вида топлива. Высокая экономическая эффективность достигается в том, что су-щественно снижаются финансовые затраты, которые направлены на покупку топлива. Для широко распространения СПГ требуется создавать широкую сеть комбинированных автозаправочных станций, которые будут снабжать автолюбителей не только привычным нефтяным топливом, но и природным газом. Таким образом, чтобы расширить применение газа в моторной техни-ке, требуется сформировать простую технологию его практического исполь-зования, которая была бы простой и финансово экономичной.

Кроме этого, хотелось бы особенно подчеркнуть, что процессы промыш-ленного создания СПГ и компримированного природного газа (КПГ) должны проводиться как единое целое, что поможет осуществить существенный ска-чек в экономическом развитии любой мировой державы, в том числе и Рос-сийской Федерации [5].

Также стоит отметить, что применение природного газа в качестве исход-ного для осуществления питания топлива относится к числу перспективней-ших направлений, которое имеет огромный потенциал при решении вопро-сов, касающихся существенного уменьшения процента загрязнения внешней среды и повышения ее экологичности [6].

Уже сейчас можно отметить, что многие отечественные водители стали осуществлять переход на использование природного газа в качестве моторно-го топлива [7]. К примеру, в настоящее время можно отметить широкую по-пулярность использования компримированного природного газа как основ-ного топлива для автомобилей у водителей Уральского региона. Многие из них отмечают тот факт, что переход автолюбителей с бензина на природный газ дает возможность уменьшить практически в пять раз количество вредных выбросов и в два раза уровень шума. Таким образом, можно отметить, что использование природного газа обладает достаточно большим практическим набором преимуществ.

Результат анализа В результате проведения анализа текущей ситуации применения СПГ как

одного из основных типов топлива для моторных устройств можно сделать

146

вывод, что для нахождения эффективного решения данного вопроса необхо-димо разработать ряд рекомендаций, которые помогут расширению сферы природного газа [8]. На наш взгляд, данные рекомендации должны быть раз-делены по различным уровням (федеральном и региональном), что сущест-венно облегчит работу каждого из органов, входящих в состав определенного уровня.

Если осуществить сравнение двух основных видов топлива, которые при-меняются в настоящее время в качестве топлива для моторных установок автомобилей (природный газ и бензин), то можно подчеркнуть следующие преимущества использования СПГ:

– высокая степень экологичности; – достаточно высокая степень безопасности; – существенная финансовая экономичность [9]. Таким образом, на основании сравнения аналогичных показателей между

нефтяным топливом и топливом из природного газа можно говорить о пер-спективности дальнейшего использования газа как основного элемента топ-лива, которое будет применяться на автотранспортных средствах. Однако, как уже отмечалось ранее, имеется определенный набор базовых проблем, которые имеются в настоящее время и оказывают существенное влияние на широкомасштабное внедрение современной установки в промышленность. И что наиболее важно – эти проблемы существуют практически на каждом уровне [10].

Статья [11] описывает основные результаты, которые были получены в результате реализации Программы по расширению использования компри-мированного природного газа в качестве моторного топлива на собственном транспорте организаций группы «Газпром» на 2014–2017 годы. Наиважней-шей целью данной программы этого документа – обеспечить исполнение ре-шений Президента и Правительства Российской Федерации по следующему спектру задач. Необходимо создать условия для повышения к 2020 году в регионах и автономиях страны уровня использования природного газа в качестве моторного топлива на общественном автомобильном транспорте и транспорте дорожно-коммунальных служб. Проведена оценка перспектив реализации принятой в ПАО «Газпром» Программы по расширению исполь-зования природного газа в качестве моторного топлива на собственном транспорте организаций группы «Газпром» на 2018–2019 гг.

Обладая достаточно высокими качественными показателями, СПГ, при-меняемый в качестве топлива для моторной установки, может привести к существенному улучшению определенных параметров эксплуатации двига-телей внутреннего сгорания. В данном случае наблюдается:

– существенное понижение величины износа кривошипно-шатунного ме-ханизма;

147

– достаточно сильно сокращается величина расхода масел, которые ис-пользуются в качестве смазок, а также понижается ряд требований, предъяв-ляемых к нему;

– наблюдается снижение показателей шума (порядка 3…5 дБ); – существенно увеличивается срок службы автомобильного двигателя

и расширяется временной интервал, в течение которого необходимо прово-дить замену масла для мотора;

– существенно сокращается величина выбрасываемых в окружающую среду твердых частиц.

Все это позволяет с уверенностью сказать, что будущее автомобильного транспорта будет непосредственно связано с использованием природного газа в качестве моторного топлива, что уже можно заметить в настоящее время.

В работе [12] проводится исследование, целью которого является созда-ние эффективного метода для использования с целью оценки всевозможных факторов, оказывающих непосредственное влияние на эффективность мо-дернизации данной области. В результате исследования были разработаны эффективные способы, которые могут с успехом применяться для нахожде-ния оптимального решения. При этом учтен факт государственного вмеша-тельства в их решение.

Автор работы [13] обращает внимание на одну из важнейших возможно-стей модернизации сферы СПГ. Цель проведенной им работы заключалась в выявлении возможностей по внедрению и постепенному эффективному развитию малотоннажного производства сжиженного природного газа на территории Российской Федерации. В результате выполнения данной работы были сформированы три основных направления дальнейшего совершенство-вания малотоннажного промышленного производства СПГ в Российской Фе-дерации.

Стоит отметить, что, изучая вопросы, касающиеся зарубежного примене-ния природного газа в качестве топлива для автомобилей, можно отметить, что применение природного газа в качестве моторного топлива активно раз-вивается более чем в 80 странах мира. Стимулы, используемые за рубежом, имеют четкое разделение на организационные, правовые, технические и фи-нансовые. Мировой опыт показывает, что передача транспорта природного газа является приоритетной задачей с точки зрения устойчивого развития энергетики и экологической безопасности. Таким образом, для нашей страны является необходимым детальное изучение передового международного опыта в данных вопросах, а также необходимость реализации рекомендаций по приоритетным мерам, направленным на успешное развитие отрасли в рос-сийских условиях.

Наблюдающаяся тенденция роста экономики и ее модернизации являются неизбежными причинами проведения версификации существующих в на-стоящее время разновидностей топлива, которое применяется в качестве мо-

148

торного сырья. Современные моторные технологии, работа которых основана на применении газа, обладает огромным числом преимуществ по сравнению с существующими. Для Российской Федерации она может стать одной из самых востребованных в будущие годы. Главным преимуществом использо-вания газомоторного топлива является его достаточно низкая цена по сравне-нию с аналогами, которые распространены сейчас. Кроме этого, использова-ние газа в качестве моторного топлива является высокоэкологичным [14].

В настоящее время существует определенное число препятствий, которые мешают развитию газомоторного топлива в Российской Федерации, к числу которых относится достаточно низкое развитие инфраструктуры, практиче-ски полное отсутствие нормативных и правовых документов, а также доста-точно высокой ценой на двигатели. Стоит отметить, что дальнейшее развитие данной отрасли в нашей стране станет реальным только за счет оказания го-сударственной поддержки данной отрасли. Уже сейчас наблюдаются опреде-ленные подвижки в развитии данного направления как в рамках страны, так и на международном уровне [15].

Выводы и рекомендации В заключение данной работы хотелось бы отметить, что использование

газовой продукции в качестве моторного топлива в настоящее время отно-сится к числу востребованных методов. Чтобы газ занял ведущие позиции в мировом масштабе, предприятия газовой промышленности должны произ-водить постоянную модернизацию производства для того, чтобы повышать эффективность работы и снижать издержки на производство. Достижение данных целей в современное время возможно за счет получения наивысших результатов от внедрения и применения информационных технологий, уве-личения скорости и качества выбираемых решений и др.


1. Фокин, С. В. Системы газоснабжения. Устройство, монтаж и эксплуатация : учебное пособие / С. В. Фокин, О. Н. Шпортько. – Москва : Кнорус, 2019. –284 с.

2. Закриев, К. В. Использование газового топлива в автомобилях // Студенческий научный форум : материалы XI Международной студенческой научной конференции, 2016.

3. Толмачев, Д. И. Перспективы использования сжиженного природного газа в ка-честве моторного топлива на автотранспорте / Д. И. Толмачев, Н. В. Голубенко // Ме-ждународный студенческий научный вестник. – 2018. – № 3 (8). – С. 1297–1301.

4. Ротанов, Ю. В. Перспективы использования СПГ в качестве моторного топлива / Ю. В. Ротанов, В. Н. Никифоров // Транспорт на альтернативном топливе. – 2010. – № 2 (14). – С. 74–75.

5. Беляев, С. В. Проблемы и перспективы применения газомоторных топлив / С. В. Беляев, Г. А. Давыдков // Труды лесоинженерного факультета ПетрГУ. – 2010. – № 8. – С. 13–16.

149

6. Опыт и перспективы использования компримированного природного газа в ка-честве моторного топлива в Уральском регионе // Энергосовет. – 2012. – № 3 (22). – С. 31–35.

7. Карлик, Е. М. Технико-экономические проблемы использования природного га-за как моторного топлива // Экономические науки. – 2017. – № 148. – С. 30–34.

8. Хмелевской, Ю. И. Расширение использования природного газа в качестве мо-торного топлива в организациях группы «Газпром» / Ю. И. Хмелевской, А. Е. Михай-лов // Газовая промышленность. – 2018. – № 1 (766). – С. 8–13.

9. Бруданов, А. М. Анализ применения природного газа в качестве моторного топ-лива на дорожно-строительных и коммунальных машинах // Молодой ученый. – 2015. – № 24 (104). – С. 96–99.

10. Перспективы и риски перевода автомобильного транспорта на газомоторное топливо / И. В. Макарова, Р. Г. Хабибуллин, Л. М. Габсалихова, И. И. Валиев // Фун-даментальные исследования. – 2013. – № 10 (6). – С. 1209–1214.

11. Сасаев, Н. И. Стратегические возможности развития малотоннажного производ-ства СПГ в России // Экономика в промышленности. – 2019. – № 2 (12). – С. 136–146.

12. Копко, Ю. А. Зарубежный опыт использования газомоторного топлива // Орга-низация дорожного движения и перевозок пассажиров и грузов и транспорт : сборник научных трудов конференции. – Минск : БНТУ, 2017. – C. 96–103.

13. Колчина, И. Н. Анализ зарубежного опыта использования природного газа в качестве моторного топлива // Система управления экологической безопасностью : сборник трудов IX Международной научно-практической конференции. – Екатерин-бург : УрФУ, 2015. – С. 79–84.

14. Алексанков, А. М. Перспективы использования газомоторного топлива в Рос-сии // Известия Санкт-Петербургского государственного экономического университе-та. – 2019. – № 4. – С. 96–99.

15. Адер, А. В. Факторно-экономический анализ перспективного использования га-зомоторного топлива в России и странах Европейского союза / А. В. Адер, М. В. Рого-зин // Транспорт. Газомоторное топливо (Проблемы. Решения. Перспективы) : мате-риалы III Международной научно-практической конференции. – Самара, 24 октября 2019. – С. 7–9.

150

УДК 656.078

И. О. Загорский, кандидат экономических наук, доцент В. И. Шкробова, магистрант


Применение диаграммы Исикавы

для поиска причин инцидентов на автомобильном транспорте Рассматривается возможность прикладного применения одного из наиболее из-

вестных и простых в использовании инструментов качества – диаграммы Исикавы. На конкретном примере определена связь системы ВАДС и данной диаграммы. Сде-ланы выводы о возможности применения предложенной методики для анализа при-чин возникновения различных инцидентов на транспорте.

Ключевые слова: ДТП, диаграмма Исикавы, инструменты качества, минимиза-ция рисков.

Введение

Изучением причин дорожно-транспортных происшествий занимается большое количество людей, так или иначе связанных с автомобильными пе-ревозками: соответствующие инженеры и специалисты в организациях, пред-ставители органов власти, сотрудники независимых компаний по оказанию консалтинговых услуг. При этом работа специалистов по качеству, как пра-вило, находится в стороне от данной отрасли, вследствие чего применение инструментов качества в транспортной сфере не является популярным путем решения вопросов аварийности, нарушений Правил дорожного движения и иных направлений безопасности на автомобильном транспорте.

Цели и задачи исследования Целью настоящей статьи является рассмотрение возможности применения

базовых инструментов качества (в частности диаграммы Исикавы) для поис-ка причин дорожно-транспортного происшествия (ДТП) и комплексного ана-лиза факторов, которые могут способствовать аварийности.

Задачи, поставленные авторами, заключаются в следующем: 1) определение возможности внедрения диаграммы Исикавы как инст-

румента повышения качества работы транспортной службы предприятия и рассмотрение проблемы, которую можно решить с помощью предлагае-мого метода;

2) разработка предложений по дополнению диаграммы с учетом специфи-ки транспортной отрасли, поиск связи между диаграммой и производствен-

© Загорский И. О., Шкробова В. И., 2021

151

ной деятельностью на транспорте; определение роли системы ВАДС в по-строении диаграммы Исикавы для решения проблем аварийности;

3) формулирование выводов и рекомендаций по прикладному примене-нию метода в автотранспортной отрасли.

Метод, рассмотренный в статье, может способствовать практическому решению различных задач из всех областей промышленности, например, та-ких, как:

1) определение истиной первопричины, которая привела к инциденту, ли-бо совокупности обстоятельств, предшествовавших ситуации;

2) выявление соотношения причин, вызванных системой (не зависящих от водителя) и рядовым работником (человеческие фактор);

3) подготовка к разработке мероприятий, направленных на минимизацию корневых причин аварийности и нарушений правил дорожного движения (ПДД);

4) подготовка предложений по практическому внедрению предложенного метода.

Научная новизна работы заключается в синтезе двух направлений: системы «ВАДС» («водитель – автомобиль – дорога – среда») и диаграммы Исикавы – с целью поиска причин, случившихся или потенциальных ДТП.

При принятии управленческих решений не существует единого шаблона, в который можно механически подставлять аналогичные ситуации и полу-чать те же пути решения. Каждая ситуация требует детального рассмотрения, учета всех обстоятельств и возможных причин, а иногда даже коллективного мнения.

Применение диаграммы Исикавы на практике Рассмотрим конкретное ДТП вследствие касания технически исправным

служебным транспортом попутного автомобиля при перестроении из левой полосы в правую. Авария случилась в летний период в светлое время суток при ясной погоде на пятом часу работы опытного водителя, прошедшего предрейсовый инструктаж перед выездом, а также иные виды инструктажей в соответствии с установленными требованиями. Нарушения режима труда и отдыха отсутствуют. Дорожные условия: сухое асфальтобетонное покрытие в пределах населенного пункта с разрешенной на данном участке дороги ско-ростью. Пострадавших данная авария не повлекла, повреждения автомобилей – минимальные, ремонт осуществлен за счет средств страховой компании. ДТП оформлено по европротоколу.

Первый вариант итогов расследования аварии – типовой, характерный для большинства транспортных предприятий. В качестве причины указывается, что виновный водитель не убедился в безопасности совершаемого маневра, чем нарушил пункт ПДД РФ – не уступил дорогу попутному транспортному средству, движущемуся в соседней полосе без изменения направления дви-жения. Причиной ДТП при таких формулировках называется невыполнение

152

водителем пункта 8.4 ПДД: «При перестроении водитель должен уступить дорогу транспортным средствам, движущимся попутно без изменения на-правления движения». Виновным в ситуации единолично признан водитель транспортного средства, совершавшего маневр, а в качестве профилактиче-ских мер по предупреждению аналогичных ДТП среди водительского состава обычно предписывается проведение разбора инцидента и внеплановый инст-руктаж по разделу 8 ПДД «Начало движения, маневрирование». Нарушив-шему водителю, привлеченному к дисциплинарной ответственности, почти всегда необходимо также пройти внеочередную проверку знаний норматив-ных правовых актов.

Считаем, что указанные формулировки не выявляют истинную причину совершения водителем ДТП: очевидно, что работники неумышленно совер-шают аварии на служебном транспорте. Чтобы более детально изучить при-чину, рассмотрим, что может крыться под формальной формулировкой «не убедился в безопасности маневра и совершил столкновение», а также какие факторы (более глубокие, чем несоблюдение требований ПДД) привели к нарушению пункта 8.4 и достаточно ли в качестве превентивных действий лишь проведения разбора ситуации и депремирования конкретного водителя.

Нередко на многих транспортных предприятиях действиями по преду-преждению аварийности называется проведение инструктажей, требования (агитация, лозунги), например, «Водитель, не нарушай Правила дорожного движения!», а также проработка обзоров ДТП, произошедших в организации или в отрасли. Но неверно считать, что водитель не знает о необходимости соблюдения ПДД, поскольку абсолютное большинство работников заинтере-совано в безаварийной работе, и вряд ли кто-то из них намеренно стремится пренебрегать безопасностью. Отсюда нелогично предполагать, что единст-венными методами воздействия на водительский состав являются указанные выше способы демотивации, поскольку последствиями таких управленческих решений, как вынесение ситуации на всеобщее обозрение (ознакомление с обстоятельствами происшествия и проведение внепланового инструктажа), становится напряженная обстановка в коллективе, где каждый работник со-чувствует виновному и понимает, что никто не застрахован от рисков, и в следующий раз сам может стать объектом внимания. Каждый боится со-вершить ошибку, но состояние постоянного страха и стресса на рабочем мес-те, которое не только не может привести к улучшению результативности ра-боты, но и увеличивает вероятность попадания работника в ДТП. Отсюда вытекает второе следствие: высокая текучесть персонала. Работник, который боится быть наказанным, по возможности предпочтет сменить место рабо-ты [1]. Компания получает дополнительные затраты и риски, связанные с поиском нового работника, трудоустройством, обучением, медицинским обследованием. Кроме того, отсутствует гарантия, что второй сотрудник не уволится по тем же причинам или не окажется менее квалифицированным.

153

Определим, каким образом можно более детально проанализировать при-чины ДТП, и предложим альтернативные управленческие решения, учиты-вающие причины аварии. Для исследования причин (анализа всех факторов), которые могут привести к возникновению ситуации, применим диаграмму причин и результатов Исикавы [2], названную в честь ее автора – японского ученого XX века [3], другое название – диаграмма «рыбий скелет» в связи с визуальным сходством.

Перед нами поставлена задача, заключающаяся в поиске причин аварии, совершенной водителем автомобиля при перестроении. Работник допустил столкновение с попутным транспортным средством, чем нарушил пункт 8.4. Безусловно, нарушение ПДД и привело к происшествию, полностью вина с водителя не снимается, но однозначно имелись факторы, вследствие кото-рых работник нарушил Правила. Эти факторы могут быть вызваны влиянием различных аспектов, в общем случае рекомендуется использовать следующие категории: человек (man), оборудование и машины (machines), материалы (materials), методики (methods), методы измерения (measurements). В англоя-зычном варианте все группы факторов начинаются на букву M, что способст-вует удобству запоминания методики, названной «5M». Однако в зависимо-сти от конкретной ситуации число этих групп может варьироваться – в одних случаях достаточно «3М», в иных – недостаточно даже пяти. В случае с по-иском корневых причин ДТП, совершенного при перестроении, факторы вы-делены нашими экспертами в четыре группы: связанные с водителем, авто-мобилем, дорогой и окружающей средой. Такая новая трактовка групп фак-торов для диаграммы Исикавы тесно пересекается с системой «ВАДС» («водитель – автомобиль – дорога – среда»), широко применяемой в сфере автотранспорта [4]. Синтезировав две методики, нарисуем схему, в которой от крупных «костей» (причин) отходят более мелкие причины.

Пример составленной нами диаграммы Исикавы, рассматривающей воз-можные причины аварийности (рисунок), показывает, что вина водителя, как правило, очень мала, а основные причины аварийности заложены в системе управления (контроле со стороны инженерных работников, отсутствии уста-новленных процедур и правил и др.) [5].

Как видим, в отношении расследования нарушений ПДД на предприятиях лицам, осуществляющим анализ, следует обращать внимание на факторы, связанные с водителем, автомобилем, дорогой и средой (условиями, при ко-торых произошел инцидент). При разборе конкретных ситуаций не следует ограничиваться указанными группами факторов, а изучать каждое обстоя-тельство, при необходимости добавляя новые «кости» в схему.

Для анализа причин ДТП в обязательном порядке требуется изучение че-тырех компонентов системы «ВАДС» с рассмотрением всех факторов.

Диаграмма Исикавы с анализом факторов системы «ВАДС»

155

Инструменты качества являются универсальными способами повышения уровня качества и решения имеющихся проблем. При этом недопустим об-щий подход, основанный на подстановке новой ситуации к старой схеме и использовании метода без предварительного анализа причин, периодиче-ского контроля эффективности мероприятий и прогнозирования динамики тех или иных показателей, в том числе предложенных нами составных частей системы «ВАДС».

Возможные причины возникновения ДТП кроются намного глубже, чем в формулировках типа «не убедился в безопасности маневра», а экспертами сделан вывод, что основной причиной происшествия стало наличие слепой зоны, в которую попал автомобиль, двигавшийся в попутном направлении, поэтому для недопущения аналогичных ситуаций рекомендуется установить дополнительные устройства контроля слепых зон, таких как увеличенные зеркала и камеры заднего вида.

Преимущества и недостатки системы Преимущества представленного метода диаграммы Исикавы с отсылкой

к системе «ВАДС», на наш взгляд, заключаются в следующем. 1. Инструменты качества направлены не только на поиск причины уже

случившегося события, но и удобны для предупреждения потенциально не-желательных событий, недопущение которых дешевле и эффективнее, чем устранение наступивших нарушений.

2. Простота применения, проявляющаяся в отсутствии необходимости на-личия специальных знаний, за исключением простых в освоении методик инструментов качества.

3. Быстрота поиска причин в связи с наличием четко сформулированных алгоритмов, которых необходимо придерживаться в работе.

4. Отсутствие необходимости применения специальных программ, обору-дования, поскольку сначала диаграммы рекомендуется выполнять «от руки» на бумаге, а далее перенести в любой графический редактор или иные про-граммы.

5. Возможность решения любых вопросов, требующих комплексного ана-лиза факторов и причин, связанных, например, с несвоевременной поставкой материалов, низким качеством ремонта автотехники и др.

6. Связь с системой «ВАДС» упрощает применение диаграммы более опытными работниками и в то же время знакомит молодых специалистов с системой, широко применявшейся несколько десятилетий назад, но не ут-ратившей своей актуальности.

Недостатки метода могут крыться в следующихпроблемах. 1. Легкость ухода к формальному составлению диаграммы, не учитываю-

щему обстоятельств конкретной ситуации, при отсутствии заинтересованно-сти аналитиков. Решение может заключаться в постоянном обучении персо-

156

нала инструментам качества, а также в согласовании результатов каждой диаграммы с независимым лицом (например, инженером по качеству).

2. Желательность коллективного решения вопроса. С учетом необходимо-сти вовлечения работников в производственные вопросы данный недостаток можно считать преимуществом.

3. Возможное негативное принятие новой методики со стороны персонала.

Вывод Учитывая преимущества и недостатки метода, не следует недооценивать

роль предложенного инструмента качества, особенно в условиях, требую-щих анализа потерь ресурсов, предупреждения рисков и повышения безо-пасности.


1. Риджвей, Ангус, Бен-Шахар Тал. Управление без власти и контроля / перевод с английского Д. А. Шалаевой. – Москва : Бомбора : Эксмо, 2019. – 330 с.

2. Гродзенский, С. Я. Средства и методы управления качеством : учебное пособие / С. Я. Гродзенский, Я. С. Гродзенский, А. Н. Чесалин. – Москва : Проспект, 2019. – 128 с.

3. Гродненский, С. Я. Управление качеством : учебник. – 2-е изд., перераб. и доп. – Москва : Проспект, 2018. – 320 с.

4. Бабков, В. Ф. Дорожные условия и безопасность движения : учебник для вузов. – Москва : Транспорт, 1993. – 271 с.

5. Деминг, Э. Выход из кризиса: Новая парадигма управления людьми, системами и процессами : пер. с англ. – 3-е изд. – Москва : Альпина Паблишерз, 2009. – 419. с.

157

УДК 629.02

Д. Р. Зайцев, инженер-конструктор АО «Петербургский тракторный завод», Санкт-Петербург

[email protected] Обзор конструкции шасси нового поколения автомобилей

марки «Дачия» Представлены результаты обзорного анализа платформы новых моделей авто-

мобилей румынской марки «Дачия». Рассмотрена конструкция шасси, его системы безопасности, в том числе и превентивные, а также системы мультимедиа, высокое качество которых имеет большое значение в современном автомобиле. Актуаль-ность данной работы подтверждается следующим: платформа данных автомоби-лей будет использоваться при разработке нового поколения автомобилей «Лада», пользующихся большой популярностью на отечественном рынке автомобилей.

Ключевые слова: автомобили марки «Дачия», автомобили «Лада», автомобили «Рено», шасси, платформа CMF, системы безопасности, краш-тест, системы мульти-медиа.

Введение В начале 2021-го группа компаний «Рено» представила стратегический

план работы по созданию новых моделей автомобилей альянса «Рено – Ниссан – Мицубиси». В структуру данного альянса входит Волжский авто-мобильный завод, выпускающий автомобили под маркой «Лада», а также румынский автопроизводитель «Дачия». Бренды «Лада» и «Дачия» очень близки по своей идеологии – обе марки выпускаются технически простыми и недорогими.

Руководителями альянса было принято решение о выпуске автомобилей этих двух марок на одной унифицированной платформе – CMF [1]. Платформа CMF – это концепция модульной архитектуры шасси легкового автомобиля, совместно разработанная автопроизводителями компаний «Ниссан» и «Рено» в рамках альянса «Рено – Ниссан – Мицубиси» [2]. Данную модульную конст-рукцию можно закладывать в основу различных типов транспортных средств – от компактного седана B-класса до кроссовера или небольшого промтоварного фургона. Платформа состоит из пяти основных модулей (рис. 1).

Одними из основных задач использования платформы CMF являются снижение производственных затрат и конкуренция с аналогичными конст-рукциями, такими как платформа MQB от компании «Фольксваген».

В нашем случае интересна разновидность этой платформы под названием CMF-B, точнее, ее модификация CMF-B-LS, архитектура которой применяет-ся при разработке бюджетных моделей автомобилей малого класса.

© Зайцев Д. Р., 2021

158

Рис. 1. Схематичное изображение конструкции модульной платформы CMF

Обзор платформы CMF Платформа CMF-B-LS является дальнейшим развитием известной и хо-

рошо зарекомендовавшей себя платформы B0, имеющей достаточно боль-шую популярность на отечественном рынке, так как на ее базе построены автомобили «Рено Логан», «Рено Сандеро», «Лада Ларгус», «Лада X-Ray» и многие другие автомобили альянса.

В данный момент на новой платформе CMF-B-LS выпускается новое по-коление автомобилей «Дачия». В архитектуре шасси применены классиче-ские и проверенные временем решения: несущий кузов, переднеприводная компоновка с поперечным расположением двигателя, подвеска McPherson спереди, полузависимая подвеска сзади, представляющая собой торсионную балку, работающую на кручение. Вместо гидроусилителя руля применен электрический узел, благодаря которому удалось снизить усилие на рулевом колесе на 36 % относительно автомобилей прежнего поколения. Также сни-жена вибронагруженность кузова и улучшен акустический комфорт. На пе-редней оси применяются дисковые тормозные механизмы, на задней оси – барабанные. Общий вид платформы CMF-B-LS, применяемой в автомобилях «Дачия», приведен на рисунке 2.

Особое внимание при проектировании уделено электрооборудованию. Внедрены современные системы безопасности. Автомобиль уже в базовой комплектации имеют шесть подушек безопасности и оборудованные предна-тяжителями ремни безопасности на передних и задних сидениях. Также вне-дрены системы автоматического торможения (работает на скорости до 170 км/ч) и контроля слепых зон.

159

Рис. 2. Эскиз трехмерного макета платформы CMF в модификации CMF-B-LS,

применяемой в автомобилях «Дачия» нового поколения

С целью оценки пассивной безопасности автомобиля проведен краш-тест автомобиля «Дачия Сандеро Степвэй» по методике EURO-NCAP, сконструи-рованного на новой платформе. Результаты [3] краш-теста оказались недос-таточно удовлетворительными. Но здесь важно отметить, что по новым пра-вилам в краш-тесте большое значение отведено наличию и качеству работы систем превентивной безопасности и ассистирующей электронике. Автомо-биль, проходивший испытания, оснащен самой простой системой автомати-ческого торможения, радар которой может распознавать только другие авто-мобили. Системы распознавания пешеходов и удержания в полосе не преду-смотрены, так как с ними автомобили «Дачия» станут намного дороже. В Европе данные системы уже успешно применяются на дорогах общего пользования, но в России такие системы находятся на стадии разработки. Соответственно, более важным фактором является прочность конструкции кузова. С данным показателем все в норме – кузов имеет достаточный запас прочности, деформации умеренные, перегрузки, действующие на пассажи-ров, не достигли критических значений. Хотя надо отметить, что передняя панель все же представляет опасность для коленей водителя и переднего пас-сажира.

Результаты краш-теста представлены на рисунке 3. В новых автомобилях улучшена эргономика салона: руль регулируется по

высоте и по вылету (в диапазоне 25 мм), рычаг коробки передач выполнен более компактно, центральная консоль повернута к водителю. Расстояние между рядами увеличено на 42 мм.

Базовые версии не имеют собственной мультимедиа-системы. Вместо нее применена система Media Control, которая включает два динамика, крепление для гаджета, разъем USB и связь Bluetooth. Установив на смартфон специ-альное приложение, водитель может подключить его к машине и использо-вать вместо штатной мультимедиа-системы, при этом кнопки на руле будут

160

функционировать. За доплату можно заказать мультимедиа-комплекс Media Display с сенсорным экраном диагональю 8 дюймов и проводными функция-ми Apple CarPlay и Android Auto. Версия «люкс» оборудована штатным нави-гатором, а подключить Apple CarPlay и Android Auto можно беспроводным способом.

Рис. 3. Результаты краш-теста автомобиля «Дачия Сандеро Степвэй»,

проведенного по методике EURO-NCAP

Помимо прочего автомобиль оснащен круиз-контролем и ограничителем скорости. Дополнительно можно оборудовать автомобиль климат-контролем, электромеханическим приводом стояночного тормоза, датчиком дождя, ка-мерой заднего вида и парктрониками спереди и сзади, а также системой «старт-стоп».

При разработке нового поколения автомобилей «Дачия» разработчиками было принято решение отказаться от дизельных двигателей, поскольку адап-тация дизельных моторов под нормы Euro-6d нецелесообразна для автомоби-лей бюджетного сегмента. Поэтому новые автомобили предложены только с трехцилиндровыми бензиновыми двигателями с рабочим объемом 1 л. Ба-зовый атмосферный двигатель 1.0 SCe мощностью 65 л.с. агрегатируется с пятиступенчатой МКПП, мотор с турбонаддувом 1.0 TCe имеет мощность 90 л.с. и работает совместно с шестиступенчатой МКПП или трансмиссией CVT. Также в гамме есть модификация с турбодвигателем, работающим на пропане с номинальной мощностью 100 л.с., который сочетается исключи-тельно с МКПП. С полными баком бензина (50 литров) и баллоном газа (40 литров) дальность хода достигает 1300 км [4].

161

В итоге можно отметить следующее: конструкция платформы CMF-B-LS является достаточно современной и хорошо оснащенной различными систе-мами безопасности и системами мультимедиа. Уже в базовых версиях при-сутствует необходимый минимум опций, которым должен быть оснащен со-временный автомобиль. Есть все основания полагать, что данные решения будут применены и в автомобилях «Лада» нового поколения. Но стоит отме-тить, что вместо моторов марки «Рено» с большой долей вероятности будут применяться ДВС отечественной разработки – модернизированные агрегаты моделей ВАЗ-21179 (122 л.с.) и ВАЗ-11182 (90 л.с.). Моторы с турбонадду-вом применяться не будут из-за нестабильного качества бензина и дорого-визны обслуживания.

Выводы После проведенного обзора было получено базовое представление о кон-

струкции платформы CMF-B-LS. Рассмотрены и в первом приближении оце-нены технические решения, использованные в основных узлах и агрегатах. Выявлены недостатки платформы и определены возможные пути улучшения конструкции.

Для автомобилей бюджетного сегмента технические характеристики, за-ложенные в данной платформе, являются разумно-достаточными.

Специалистами по пассивной безопасности автомобилей должны быть проанализированы результаты краш-теста. Необходимо разработать ком-плекс инженерных решений по дальнейшему улучшению конструкции кузова с точки зрения увеличения его прочности при лобовом и боковом ударе.

Также необходимо провести полный цикл доводочных испытаний авто-мобилей, произведенных на данной платформе, с целью адаптации конструк-ции к эксплуатации в условиях повышенной нагрузки на агрегаты и узлы.


1. Лада и Dacia будут объединены: одна платформа на всех. – URL: https://autoreview.ru/news/lada-i-dacia-budut-ob-edineny-odna-platforma-na-vseh/ (дата об-ращения: 15.01.2021).

2. Renault–Nissan Common Module Family. – URL: https://en.wikipedia.org/wiki/ Renault–Nissan_Common_Module_Family/ (дата обращения: 29.01.2021).

3. Официальные результаты оценки уровня безопасности Dacia Sandero Stepway 2021. – URL: https://www.euroncap.com/ru/results/dacia/sandero-stepway/42506/ (дата обращения: 15.04.2021).

4. Полностью новые Logan, Sandero и Sandero Stepway: подробности. – URL: https://autoreview.ru/news/polnost-yu-novye-logan-sandero-i-sandero-stepway-podrobnosti/ (дата обращения: 30.09.2020).

162

УДК 629.083

Н. С. Захаров, доктор технических наук, наук, профессор Р. В. Тян, аспирант

Тюменский индустриальный университет [email protected]

Влияние сезонных условий на надежность

элементов электрооборудования автомобиля Представлены расчеты на надежность элементов электрооборудования авто-

мобиля ВАЗ. Найдено процентное соотношение отказов электрооборудования по системам автомобиля. Произведен расчет основных численных характеристик на-дежности. Разработана математическая модель влияния температуры окружаю-щего воздуха на параметр потока отказов элементов электрооборудования транс-портного средства.

Ключевые слова: надежность, электрооборудование, сезонные условия эксплуа-тации, транспортное средство.

Введение

В настоящее время трудно представить деятельность человека без ис-пользования автомобильного транспорта. Согласно статистическим данным на начало 2020 г. на долю автомобильного транспорта пришлось порядка 68,1 % перевезенных грузов. Чтобы эксплуатация транспортного средства была безопасной, необходимо изучать надежность различных систем авто-мобиля.

Надежность автомобиля – комплексное свойство, включающее в себя без-отказность, долговечность, сохраняемость и ремонтопригодность. Надеж-ность автомобилей зависит от условий эксплуатации, которые изменяются по сезонам. Следовательно, в течение года изменяется поток отказов автомоби-лей, потребность в трудовых и материальных ресурсах, производственных площадях.

Цель исследования – установление закономерностей влияния температуры воздуха на надежность электрооборудования автомобиля.

Задачи, которые необходимо решить в ходе исследования: 1. Оценить распределение отказов элементов электрооборудования по

различным системам автомобиля. 2. Определить фактическое количество отказов электрооборудования ав-

томобилей по месяцам в течение года. 3. Установить закономерность влияния температуры воздуха на надеж-

ность электрооборудования автомобилей.

© Захаров Н. С., Тян Р. В., 2021

163

4. Разработать математические модели влияния температуры окружающе-го воздуха на параметр потока отказов автомобилей.

Объект исследования – надежность электрооборудования автомобиля. Предмет исследования – закономерности влияния температуры потока

воздуха на параметр отказов электрооборудования автомобиля ВАЗ.

Натурный эксперимент Для сбора данных на отказ элементов электрооборудования был исполь-

зован натурный эксперимент. В ходе эксперименты была собрана и обрабо-тана статистическая база отказов систем автомобиля. В результате обработки, было выявлено процентное соотношение отказавших деталей по системам автомобиля (рис. 1).

Рис. 1. Распределение отказов элементов электрооборудования

по системам автомобиля

Формирование потока отказов – совокупность процессов изменения фак-торов, определяющих интенсивность достижения предельных состояний элементами транспортного средства и обусловливающих вариацию проме-жутков времени между соседними отказами. Для установления закономерно-сти формирования потока отказов используем системный подход и опреде-лим этапы исследования:

– определить критерий эффективности функционирования исследуемой системы;

– система структурируется – разбивается на элементы; – исследуются закономерности взаимодействия элементов; – разрабатываются модели системы;

22,3

14,1

8,311,64,66,1

12,2

16,14,7 Система электроснабжения

Система зажиганияСистема пускаСистема управления двигателемСистема питанияСистема охлажденияСистема освещения и сигнализацииДополнительное оборудованиеПрочие

164

– разрабатываются методы практического использования полученных ре-зультатов.

Для дальнейшего расчета необходимо найти сезонное изменение темпера-туры окружающего воздуха в течение года для региона эксплуатации транс-портного средства. График представлен на рисунке 2.

Рис. 2. Сезонное изменение температуры воздуха в течение года

Для эксплуатации автомобильного транспорта характерна сезонная ва-риация условий эксплуатации, что ведет к изменению потока отказов авто-мобилей. Это, в свою очередь, ведет к изменению потребности в трудовых и материальных ресурсах, неравномерности загрузки постов технического обслуживания и ремонта.

Цель экспериментальных исследований заключается в определении чис-ленных значений параметров математической модели влияния времени года на параметр потока отказов электрооборудования автомобиля ВАЗ. Стати-стика собиралась путем фиксирования в журнале учета текущего ремонта данные по автомобилю на момент отказа элемента системы. Для расчета па-раметра потока отказов необходим пробег автомобиля за месяц. Данные об интенсивности эксплуатации собирались путем проведения опроса водите-лей, эксплуатирующих данные транспортные средства.

После сбора и обработки статистических данных по исследуемым авто-мобилям была найдена зависимость параметра потока отказов от времени года. График представлен на рисунке 3.

Математическая модель На основании имеющихся расчетов была разработана модель влияния

температуры окружающего воздуха на параметр потока отказов автомобилей. Математическая модель представлена на рисунке 4.

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12Время, месяцы

Средняя

тем

пература

воздуха

, оС

165

Рис. 3. Изменение параметра потока отказов в течение года для автомобилей ВАЗ

Рис. 4. Математическая модель влияния температуры окружающего воздуха

на параметр потока отказов автомобиля ВАЗ

Заключение и выводы В ходе исследования были решены ранее поставленные задачи. Путем

проведения натурного эксперимента была собрана статистика отказов эле-ментов электрооборудования на автомобилях ВАЗ и средних температур ок-ружающего воздуха в регионе эксплуатации транспортных средств. Проведен анализ собранной базы отказов, определены отказы электрооборудования по различным системам автомобиля. Рассчитан средний параметр потока отка-зов в течение года. На основании выполненных расчетов была построена ма-

0,0000

0,0100

0,0200

0,0300

0,0400

0,0500

0,0600

0,0700

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12Время, месяцы

Парам

етр потока

отказов

, 1/1

000 км

y = 0,00005x2 - 0,001x + 0,0201

0,0000

0,0100

0,0200

0,0300

0,0400

0,0500

0,0600

0,0700

-30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20

Температура воздуха, оС

Парам

етр по

тока

отказов

, 1/1

000 км

166

тематическая модель влияния температуры окружающего воздуха на пара-метр потока отказов электрооборудования автомобиля.

В качестве вывода следует отметить, что на основании полученной мате-матической модели и проведенных расчетов можно проводить дальнейшие исследования. Так, следующим этап планируется разработка методики пла-нирования потребности в запасных частях с учетом сезонных условий. При-менение этой методики на предприятии позволит снизить количество просто-ев транспортных средств в ожидании запасных частей, что, в свою очередь, будет способствовать увеличению прибыли, повысит коэффициент техниче-ской готовности и коэффициент выпуска автомобилей на линию.


1. Захаров, Н. С. Моделирование процессов изменения качества автомобилей. – Тюмень : ТюмГНГУ, 1999. – 127 с.

2. Захаров, Н. С. Влияние сезонных условий на процессы изменения качества ав-томобилей : дис. … д-ра техн. наук: 05.22.10. – Тюмень, 2000. – 525 с.

3. Исследование эксплуатационной надежности автомобилей : учебное пособие / Е. С. Кузнецов, В. П. Воронов, А. П. Болдин [и др.]. – Москва : Транспорт, 1969. – 152 с.

4. Кузнецов, Е. С. Техническая эксплуатация автомобилей : учебник для вузов. – 3-е изд., перераб. и доп. – Москва : Транспорт, 1991. – 413 с.

167

УДК 630.32 А. П. Иванов, студент; А. А. Молчанова, преподаватель; В. Ю. Каракчиев, студент

В. Ф. Свойкин, кандидат технических наук, доцент Сыктывкарский лесной институт (филиал) Санкт-Петербургского государственного

лесотехнического университета им. С. М. Кирова» (СЛИ) [email protected], [email protected], [email protected]

К вопросу о моделировании узлов гидросистем лесной машины

с использованием программного обеспечения Даны принципы моделирования узлов гидропривода лесной машины. Описан прин-

цип работы программы для моделирования гидросистем лесных машин и составляю-щие элементы моделирования. Обоснована методика моделирования гидросистем лесных машин с целью экономии средств и времени.

Ключевые слова: лесная машина, моделирование, гидропривод, гидравлическая схема.

Введение

Модель – способ замещения реального объекта, используемый для его изучения [1, 2]. Модель вместо исходного объекта используется в случаях, когда эксперимент опасен, дорог, происходит в неудобном масштабе про-странства и времени (долговременен, слишком кратковременен, протяжен), невозможен, неповторим, ненагляден и т.д. Процесс моделирования есть процесс перехода из реальной области в виртуальную (модельную) посредст-вом формализации, далее происходит изучение модели (собственно модели-рование) и, наконец, интерпретация результатов как обратный переход из виртуальной области в реальную. Этот путь заменяет прямое исследование объекта в реальной области, то есть лобовое или интуитивное решение зада-чи. Итак, в самом простом случае технология моделирования подразумевает 3 этапа: формализация, собственно моделирование, интерпретация (рис. 1, а).

Если требуется уточнение, эти этапы повторяются вновь и вновь: форма-лизация (проектирование), моделирование, интерпретация – спираль. Вверх по кругу. Процесс моделирования имеет циклический спиралевидный харак-тер: если построенная модель не удовлетворяет требованиям точности, то ее детализируют, дорабатывают на следующем цикле (рис. 1, б). Из всего ска-занного следует, что моделей может быть несколько: приближенная, более точная, еще точнее и т. д. Модели как бы образуют ряд. Двигаясь от варианта к варианту, исследователь совершенствует модель. Для построения и совер-шенствования моделей необходима их преемственность, средства отслежи-вания версий и т. д., то есть моделирование требует инструмента и опирается

© Иванов А. П., Молчанова А. А., Каракчиев В. Ю., Свойкин В. Ф., 2021

168

на технологию. Спираль, рассмотренная на рисунке 1, б, представлена на ри-сунке 2 как виток. Обратим внимание на возможность возвращения с каждо-го этапа на более ранний при обнаружении ошибки. Спираль имеет доста-точно сложный вид, прошита дополнительными связями.

а

б

Рис. 1. Процесс моделирования: а – базовый вариант; б – спиралевидный характер процесса проектирования и уточнения прикладных моделей

Рис. 2. Этапы процесса моделирования

169

Программа для моделирования гидросистем лесных машин При моделировании гидросистем лесных машин можно использовать про-

грамму FluidSIM-H. Выбранные устройства последовательно размещаются на рабочем поле экрана по стандартному принципу «схватить и бросить» с воз-можностью соединения между собой линиями связи (гидравлическими или электрическими). При запуске программы FluidSIM-H, открывается видовой экран (рис. 3).

Рис. 3. Рабочий экран FluidSIM-H

В верхней строке экрана FluidSIM-H расположено меню программы. Оно содержит стандартные команды Windows и собственные команды: Execute (выполнение функций), Library (библиотека), Didactics (обучение) и Project (проект). Во второй строке размещено меню инструментов. Ниже на левой стороне видового экрана располагается библиотека гидравлических и элек-трических элементов и узлов (Component Library), справа – место для разме-щения рабочего поля для схем. Рабочее поле создается при активации пикто-граммы или посредством команды Windows – File/New. Нарисованная на нем схема или диаграмма может быть сохранена в отдельном файле, дескриптор которого обозначается над рабочим полем.

Моделирование гидросистемы с помощью программы FluidSIM-H 1. Открытие программы FluidSIM. Открытие программы FluidSIM произ-

водится щелчком левой клавиши (ЛК) мыши наведением курсора на рабочем

170

столе на команду «ПУСК» (рис. 4, а); открывается диалоговое окно, на кото-ром выбирается команда «Все программы» (рис. 4, б).

а

б

Рис. 4. Команда «ПУСК» на рабочем столе (а); меню выбора команды «Программы» (б)

ЛК мыши подается команда «Все программы», открывается диалоговое окно, на котором выбирается команда Festo Didactis (рис. 5, а). При выборе команды FluidSIMHydraulicsV 4.2 English создает видовой экран (рис. 5, б) программы FluidSIM, в левой стороне которого расположено меню библио-теки, а в правой – свободная зона.

а

б

Рис. 5. Меню выбора команды Festo Didactis – FluidSIMHydraulicsV 4.2 English (а); видовой экран программа FluidSIM (б)

Работа с программой FluidSIM-H В верхней строке экрана распложено меню программы. Библиотека гид-

ровлических и электрических элементов и узлов открывается нажатием ЛК мыши команды «Библиотека» (Library) – «Иерархическое представление» (вид) (HierarchicalView) (рис. 6, а). На левой стороне видового экрана появит-ся библиотека гидравлических элементов (рис. 6, б).

171

Для открытия рабочего поля для составления гидравлических схем необ-ходимо в меню программы найти команду «Закладка пустой лист» ( ) или команду File/New – на ее месте открывается новый файл (рабочее поле для составления гидравлических схем).

а

б

Рис. 6. Меню команды «Библиотека» (Library) (а); библиотека гидравлических элементов (б)

Моделирование гидравлической схемы Эскиз системы заносится в файл путем переноса компонентов библиотеки

на рабочее поле. Рассмотрим процесс моделирования на примере несложной гидравличе-

ской системы, включающей в себя насос, бак, распределитель с ручным управлением и гидроцилиндр двухстороннего действия. Поочередно перетас-киваем элементы из библиотеки на рабочее поле. Для этого надо навести кур-сор мыши, например, на насосную станцию, нажатием ЛК мыши выделить его, потом, не отпуская ЛК мыши, перетащить его на рабочее поле (рис. 7, а). Следующим шагом надо навести курсор мыши, например, на гидроцилиндр, нажатием ЛК мыши выделить его, потом, не отпуская ЛК мыши, перетащить его на рабочее поле (рис. 7, б).

а

б

Рис. 7. Перемещение насосной станции из библиотеки на рабочее поле (а); перетаскивание гидроцилиндра на рабочее поле (б)

172

Следующим шагом навести курсор мыши на распределитель, нажатием ЛК мыши выделить его, потом, не отпуская ЛК мыши, перетащить его на рабочее поле (рис. 8, а). Следующим шагом навести курсор мыши на бак, на-жатием ЛК мыши выделить его, потом, не отпуская ЛК мыши, перетащить его на рабочее поле (рис. 8, б).

а

б

Рис. 8. Перемещение распределителя на рабочее поле (а); перемещение бака на рабочее поле (б)

Каждый размещенный на рабочем поле компонент имеет элементы – со-единения в виде круга. При приближении к соединению курсор принимает форму окружности с перекрестьем. Тем самым FluidSIM указывает на то, что данное соединение активировано для последующей работы с ним (рис. 9).

Рис. 9. Активированное соединение всех элементов рабочего поля

Его можно соединить линией с другим соединением или другой линией. Удерживая ЛК мыши, отводим курсор от активированного соединения. Кур-сор становится кругом со стрелками наружу, а соединение остается активи-рованным. Когда курсор приблизится к другому соединению или другой ли-нии, то он принимает форму со стрелками внутрь. Активируется другое со-единение, принимая серый цвет, а на схеме появляется соединительная линия в виде ортогональных отрезков.

173

Для изменения положения компонента, например, предохранительного клапана, его активируют посредством подведенного к нему курсора. Пере-мещение может осуществляться как мышкой, так и клавишами управления курсором.

Проверка схемы производится по двум уровням (рис. 10). Поскольку на-рисованная на рабочем поле схема есть программа, написанная на графи-ческом языке FluidSIM, то в первую очередь системой производится провер-ка схемы на наличие ошибок. Этот контроль происходит при активации кноп-ки старт входа в режим симуляции, или посредством команды ExecuteStart, или клавишей F9.

а

б

Рис. 10. Проверка на наличие ошибок (а); рабочая гидравлическая схема (б)

Главными среди этих ошибок являются разрывы потоков энергии и ту-пиковые подключения. Они указываются программой посредством обозначе-ния указанных ошибок. Если ошибок при сборке гидравлической схемы не было допущено, то после нажатия кнопки старт схема заработает. Для про-смотра параметров того или иного элемента схемы необходимо навести кур-сор мыши на элемент схемы и двойным щелчком нажать на левую копку мыши. Появится таблица параметров (давление, расход, потеря).

Замена элементов Если необходимо произвести замену, например, насоса, надо отключить

схему с помощью кнопки «Стоп» ( ). Затем навести курсор на насос, выде-лить его с помощью нажатием на ЛК мыши, потом нажать на клавиатуре кнопку Delete, т.е. удалить его, затем перетащить из библиотеки необходи-мый насос и подсоединить его, нажать кнопку «Старт» ( ).

Сохранение составленных схем Чтобы сохранить созданную схему, надо в меню программы найти коман-

ду «Файл» (File) – TiffExport – указать, куда сохраняем – указать имя файла – нажать «Сохранить».

174

Заключение В ходе работы дана методика моделирования гидросистем лесных машин.

Описана программа для моделирования гидросистем лесных машин и со-ставляющие элементы моделирования. Приведено моделирование гидросис-темы с помощью программы FluidSim-H. Разработаны лабораторные работы. По результатам работы программы для моделирования гидравлических схем можно сделать выводы, что процесс моделирования имеет высокую произво-дительность, при этом происходит автоматизация процесса моделирования, сокращение времени на моделирование.

Таким образом, наиболее выгодным подходом к решению задачи является проведение моделирования гидравлических схем при помощи программы моделирования на персональном компьютере. Программу FluidSim-H реко-мендуется использовать для моделирования гидросистем лесных машин с целью экономии средств и времени.


1. Александров В. А. Моделирование технологических процессов лесных машин : учебник для вузов. – Москва : Экология, 1995. – 256 с.

2. Гуров С. В., Герасин М. Л. Моделирование систем : учебное пособие для сту-дентов. – Сыктывкар : СЛИ, 2001. – 252 с.

175

УДК 082.1

Д. В. Казюка, студент А. П. Петров-Рудаковский, кандидат экономических наук, доцент Белорусский государственный университет транспорта, Гомель

[email protected]

Навигационные пломбы Рассматривается теоретическая составляющая навигационных пломб, расска-

зывается об их преимуществах. Представлен опыт пилотного проекта и его резуль-таты, общий принц работы навигационных устройств.

Ключевые слова: навигационные пломбы, Евразийский экономический союз, це-пи поставок.

Введение Движение товаров является основой международной торговли, а основой

для работы всего механизма служит транспорт. Чтобы транспорт шел в ногу со временем и оставался конкурентоспособным, он нуждается в самых со-временных цифровых технологиях. Так, решением данного вопроса является электронная навигационная пломба. Такие пломбы смогут сделать проще таможенное оформление грузов, а также повысят сохранность товаров.

Применение навигационных пломб Электронная навигационная пломба – средство идентификации на основе

технологии глобальной навигационной спутниковой системы, обеспечиваю-щей дистанционный контроль за перемещением объектов пломбирования и передачу в систему отслеживания информации, имеющей отношение к транзитной перевозке [1].

Так, в рамках цифровых транспортных коридорах ЕАЭС в 2018 г. между Российской Федерацией и Республикой Казахстан был запущен первый пи-лотный проект по внедрению навигационных пломб в цепи поставок. В рам-ках эксперимента было осуществлено около 146 перевозок товаров. Основ-ной его целью являлась практическая отработка механизмов мониторинга и отслеживания транзитных перевозок в рамках Евразийского экономическо-го союза. Стоит отметить, что внедрение таких пломб ожидается не только при транзите товара внутри союза, но и как дальнейшая перспектива разви-тия – при международных перевозках.

Как результат проекта были выделены следующие преимущества таких пломб:

• многоразовость использования; • позволяет отслеживать груз на всем пути его следования; © Казюка Д. В., Петров-Рудаковский А. П., 2021

176

• оптимизация процессов поставок; • обеспечивает контроль сохранности груза. Работа навигационных пломб построена на связи с системой GPS. То есть

маячок, подключенный к программному обеспечению для удаленного на-блюдения за навигационными пломбами, установленный на фуры или кон-тейнеры, передает всю необходимую информацию. Эта многокомпонентная система, которая включает в себя таможенные органы, участников внешне-экономической деятельности, сами пломбы и программное обеспечение, при-звана выполнять следующие функции [2].

1. Идентификация и отслеживание движения груза в режиме реального времени.

2. Уведомления о вскрытии и попытках вскрытия пломбы, потери сигна-ла, разрядке аккумулятора, отклонения от заданного маршрута.

3. Фиксация и хранения информации о времени и месте произошедшего события, категорирование события.

4. Визуальный контроль целостности пломбы таможенными органами. 5. Регистрация и управление пломбой через систему. 6. Создание заявок на наложение таких пломб. 7. Задание маршрута перевозки. Такие пломбы работают без перебоя не менее 45 суток, а также при тем-

пературе от –40 до +70 С°. Такие навигационные модули содержат в себе приемник сигналов и антенны, обеспечивающие прием сигналов GPS, внут-реннюю память для хранения информации и источник питания [3].

С помощью таких устройств цепочку поставок смогут отслеживать все заинтересованные стороны – как со стороны государственных органов, так и со стороны компаний, а само отслеживание проводится в режиме онлайн, что приводит к сокращению физических проверок груза на пути следования.

Кроме того, использование пломбы позволяет свести к минимуму воз-можность нарушений на таможне, а также исключить влияние человеческого фактора при проведении проверок. Одновременно за счет сокращения коли-чества проверок сокращаются и сроки доставки грузов, что может означать дополнительную экономию для бизнеса.

Заключение Подводя итоги, можно отметить, что данная технология приводит к опти-

мизации следующих пунктов: 1. Замена гарантийных механизмов при таможенном транзите. 2. Замена таможенного сопровождения. 3. Организация бестранзитного перемещения товаров. Данная технология также упрощает: 1. Таможенные процедуры (минимизация таможенного досмотра). 2. Сокращение сведений, представляемых в таможенные органы.

177

3. Упрощение процесса санитарного и ветеринарного контроля в пунктах пропусках.

Таким образом, навигационные пломбы – шаг к бесконтактной перевозке грузов, средство оптимизации и упрощения всей цепи поставок. Такое уст-ройство снизит экономическую нагрузку на участников ВЭД путем умень-шения стоимости сопровождения, а для таможенных органов – путем умень-шения обработки предоставленной информации и количества таможенного контроля.


1. Электронные навигационные пломбы. – URL: https://crcp.ru/seal/ (дата обраще-ния: 21.04.2021).

2. Экономия или необходимость: для чего нужны навигационные пломбы. – URL: https://sputnik.by (дата обращения: 25.04.2021).

3. Цифровая пломба прошла тест: таможня опробовала «бортовой компьютер» для грузов. – URL: https://www.alta.ru/logistics_news (дата обращения: 24.04.2021).

178

УДК 621. 43:629. 11

Л. Н. Колесникова, кандидат технических наук, доцент А. Н. Терентьев, кандидат технических наук, доцент

Э. Р. Хабибуллин, студент Ижевский государственный технический университет


Компьютерный инженерный анализ в среде Ansys Workbench

при проектировании аксиально-поршневого двигателя Рассмотрен подход к проектированию опытного образца механизма качания ак-

сиально-поршневого двухтактного двигателя внутреннего сгорания на основе CAE-технологий (систем программных средств компьютерного инженерного анализа). На примере рассмотрены возможности и методы проектного инженерного анализа с использованием программного комплекса Ansys Workbench.

Ключевые слова: аксиально-поршневой двигатель внутреннего сгорания, цифро-вая модель, инженерный анализ конструкции в CAE-системе.

Введение

Практически для всех видов транспорта, на которых можно передвигать-ся, можно использовать двигатели внутреннего сгорания (ДВС). Это всевоз-можные транспортные средства: мопеды, мотоциклы, автомобили, теплохо-ды, тепловозы, самолеты и вертолеты. Также ДВС применяются в бензо-инструменте: бензопилы, газонокосилки и тримеры, угловые шлифмашинки и др. Двигатели внутреннего сгорания используются в генераторах, служа-щих основными и резервными источниками электрической энергии практи-чески во всех сферах деятельности.

Аксиально-поршневой двигатель внутреннего сгорания, его достоинства и недостатки

Для генераторов с успехом можно использовать аксиально-поршневой двигатель внутреннего сгорания. Аксиальный двигатель внутреннего сгора-ния – тип двигателя с возвратно-поступательным движением поршней, в ко-тором вместо обычного коленчатого вала используется шайбовый механизм. Поршни поочередно давят на наклонную шайбу, принуждая ее вращаться вокруг своего центра. Шайба сцеплена с выходным валом, передает ему вра-щательный момент. В некоторых конструкциях вместо шайбового механизма устанавливается кулачковый механизм [1].

Достоинствами данных двигателей является их компактность, эффектив-ность (практически нет потерь при передаче мощности от двигателя к блоку

© Колесникова Л. Н., Терентьев А. Н., Хабибуллин Э. Р., 2021

179

цилиндров) и цена. Геометрическая установка цилиндров двигателя исклю-чает вибрацию благодаря полному уравновешиванию сил от движущихся деталей двигателя.

Также имеется ряд существенных недостатков, главный из которых за-ключен в планшайбе. Увеличенные потери из-за трения и повышенный износ рабочих поверхностей, связанные с обкаткой роликами фигурной шайбы, либо же потери на направляющих, без которых такие схемы не могут рабо-тать. Также данные машины имеют ограниченный наклон шайбы – макси-мально до 10…20 градусов, что приводит к увеличению размеров двигателя для обеспечения достаточного хода поршней, снижению КПД по причине большего трения из-за роста нагрузок в сочленениях конструкции [2].

Проектирование аксиально-поршневого двигателя внутреннего сгорания

Предметом исследования является двухтактный аксиально-поршневой двигатель внутреннего сгорания, изготовленный на основе и по чертежам патента на изобретение [3]. Всего было изготовлено 5 таких двигателей. По-ставлена задача – доработать и организовать производство таких двигателей для генераторных установок.

Процесс проектирования любого изделия предполагает несколько этапов. На первом этапе средствами CAD-системы была создана 3D-модель меха-низма качания, так как в ходе пробных запусков двигателя выяснилось, что в определенный момент происходит заклинивание именно механизма ком-пенсации качания.

На этом этапе были внесены изменения в конструкцию механизма ком-пенсации качания, что позволило решить проблему заклинивания, пробный запуск двигателя прошел успешно.

Следующим этапом компьютерного проектирования является инженер-ный анализ проектируемого изделия в CAE-системе. Был выполнен расчет на напряженно-деформированное состояние механизма качания двухтактного аксиально-поршневого двигателя.

Расчет был выполнен в среде Ansys Workbench [4]. Выбор уравнений, описывающих исследуемое изделие, осуществляется на стадии выбора рас-четного модуля (рис. 1).

Для расчета рычага на прочность потребуется 3D- модель сборочной еди-ницы, состоящей из трех деталей: шток, шайба и рычаг. К штоку будет при-кладываться сила, а эксцентриковая шайба должна передавать момент силы на рычаг. Прочностной расчет выполняется с целью определения продольной деформации рычага при заклинивании механизма, который преобразовывает возвратно-поступательное движение поршня во вращательное.

3D-модель сборочной единицы, сохраненная в одном из универсальных форматов *.parasolid.xt , импортируется в среду Ansys Workbench (рис. 2).

180

Рис. 1. Выбор расчетного модуля

Рис. 2. Основное рабочее окно Work Bench

Следующий пункт – это редактирование модели в Mechanical. Редактиро-вание модели начинается с присвоения соответствующих материалов дета-лям. После нужно задать места контактов и их вид, сгенерировать сетку. Да-лее задается нагрузка, выбираются места приложения сил и нужные компо-ненты решения. Последним пунктом является запуск решения.

После того, как программа решит поставленную задачу, можно наблюдать воздействие нагрузок на детали (рис. 3 и 4).

181

Рис. 3. Эквивалентное напряжение

Рис. 4. Направленная деформация

Как видно на графике (рис. 5), при воздействии давления сгорающих га-зов 5 МПа продольное перемещение рычага составляет менее одного милли-метра.

По второму графику (рис. 6), видно, что максимальное напряжение возни-кает в месте заклинивания рычага.

182

Рис. 5. Шкала зависимости цвета

от физических значений параметров

Рис. 6. Место максимального эквивалентного напряжения

Вывод Итоги проведенного прочностного расчета показали, что рычаг выдержал

прикладываемую нагрузку без разрушения. Следовательно, материал подоб-ран правильно.

183


1. Аксиальный двигатель внутреннего сгорания. – URL: https://ru.wikipedia.org/wiki (дата обращения: 03.05.2021).

2. https://topwar.ru/77546-aksialnyy-dvigatel-vnutrennego-sgoraniya-glf-treberta-ssha.html (дата обращения: 06.05.2021).

3. Патент на изобретение № 2076926. Аксиально-поршневая машина / Зленко М. А., Кузнецов Г. В., Кутенев В. Ф., Митряев В. А., Романчев Ю. А.

4. ANSYS Customer Number: 607281.

184

УДК 629.032+629.033

В. В. Косенко, кандидат технических наук Волгоградский государственный технический университет

[email protected]

Сравнительная оценка воздействия на почву тракторов ХТЗ-150К-09 и К-744Р2 на одинарных и сдвоенных колесах

На основании проведенных расчетов на примере колесных сельскохозяйственных

тракторов ХТЗ-150К и К-744Р2 выполнен анализ воздействия на почву при работе на штатных одинарных и на сдвоенных колесах. Сделаны предложения по дальнейшему снижению максимальных давлений этих тракторов на почву.

Ключевые слова: колесный сельскохозяйственный трактор, одинарные колеса, сдвоенные колеса, среднее и максимальное давление на почву.

Введение

Средние qср и максимальные qmax давления движителей сельскохозяйст-венных тракторов на почву являются основными показателями, определяю-щими их опорно-временную проходимость и агроэкологические свойства. С ростом давления ухудшаются эксплуатационные качества трактора: с од-ной стороны, возрастает глубина образовываемой колеи, сопротивление ка-чению, и, как следствие, снижается тяговый КПД, с другой – увеличивается уплотнение трактором почвы, приводящее к ухудшению условий произра-стания и снижению урожайности возделываемых сельхозкультур. ГОСТ 26955–86 [1] регламентирует нормы воздействия с.-х. тракторов и агрегатов на почву, в частности qmax. Большинство колесных тракторов в штатной ком-плектации на одинарных колесах не укладывается в установленные нормы. В связи с этим в последнее время все большее распространение получает применение, особенно на ранневесенних полевых работах, сдваивание колес. Однако достоверных данных о снижении за счет этого qср и qmax крайне мало. В связи с этим представляется целесообразным выполнение анализа давле-ний расчетным путем.

Выполнение расчетов Расчет давлений на почву на примере распространенных в сельскохозяйст-

венном производстве России колесных тракторов ХТЗ-150К-09 (рис. 1) и К-744Р2, известного также под новой маркой К-735,(рис. 2), в предусмотрен-ной изготовителем основной комплектации на одинарных шинах и на сдвоенных колесах выполнен на основе зависимостей, предложенных В. В. Гуськовым [2].

© Косенко В. В., 2021

185

Рис. 1. Трактор ХТЗ-150К-09 на одинарных колесах

Рис. 2. Тракторы К-744Р2 на одинарных (справа) и сдвоенных (слева) колесах

Давление единичного движителя на почву колесных тракторов определя-лись из выражений:

– среднее как qср = Giк / Sш,

где Giк – вертикальная нагрузка на единичный движитель (колесо, шину); Sш = πaкbк/4 – площадь контакта шины с почвой; aк = C3

2ш шDh h−

и bк = 2с ш ш2 2r h h′ − – соответственно, длина и ширина отпечатка шины на

186

почве (большая и малая оси эллипса); C3 = 20,5 / [11,9 + D / b – (nш – 9) / 2 – 3] – поправочный коэффициент для тракторных шин; D – наружный диаметр ши-ны в свободном состоянии; hш = Giк / Cш – деформация (статический прогиб) шины под нагрузкой; rc' = (b + H)/2,5 – приведенный радиус поперечного сечения (профиля) шины; b – ширина профиля шины; nш – норма слойности шины, в выполненных расчетах принималась nш = 8; H – высота профиля шины; Cш = с2wp r D′π – жесткость шины (формула Хейдекеля); pw – давле-ние воздуха в шине.

– максимальное как qmax= qсрK2 / K1, где K1 – коэффициент, зависящий от наружного диаметра шины; при 1,5 > D > 1,2 м (у шин 21,3R24 трактора ХТЗ-150К-09 D = 1,4 м) принимается K1 = 1,15; при D > 1,5 м (у шин 800/65R32 трактора К-744Р2 D = 1,83 м) при-нимается K1 = 1,10; K2 – коэффициент продольной неравномерности распре-деления давления по площади контакта (в расчетах принимался K2 = 1,5).

Расчеты проведены исходя из следующих условий и допущений: а) трактор движется равномерно прямолинейно по горизонтальной по-

верхности; вес трактора распределяется по бортам одинаково; б) максимальные давления определялись для самого характерного случая

работы с.-х. тракторов – с наиболее вероятным тяговым сопротивлением на крюке Pкр

н.в = 0,8 Pкрном, вызывающим смещение назад точки приложения

равнодействующей вертикальных сил относительно центра тяжести (Pкрном –

номинальное тяговое усилие трактора, соответствующее заявляемому изго-товителем тяговому классу); смещение равнодействующей вертикальных сил xд определялось по формуле xд = Pкр

н.вhкр / Gэ [3] исходя из допущений, что сила тяги на крюке Pкр

н.в направлена параллельно основанию, высота ее при-ложения (точки прицепа) hкр = 0,4 м и влиянием силы сопротивления каче-нию можно пренебречь;

в) вертикальная нагрузка на мосты трактора распределяется обратно про-порционально абсциссам расстояний от точки приложения равнодействую-щей вертикальных сил до осей мостов;

г) в расчетах принималось рекомендованное при выполнении полевых ра-бот давление воздуха в шинах pw [4]; при этом давление воздуха во внешних (дополнительных) шинах согласно рекомендациям изготовителей тракторов принималось на 0,02…0,03 МПа меньше, чем во внутренних (основных);

д) распределение вертикальной нагрузки на каждое колесо в паре (основ-ное и дополнительное) определялось, исходя из принятого условия, что ста-тический прогиб шин в паре одинаков.

Основные технические характеристики анализируемых тракторов приве-дены в таблице 1.

Полученные значения qmax сравнивались с установленными нормами [1] для распространенного случая выполнения тракторами весенних полевых работ на супесчаной почве влажностью 0,7 НВ (наибольшей влажности), со-

187

гласно которым максимальные давления с учетом значения поправок, учиты-вающих тип почвы, нагрузку на единичный движитель, число проходов дви-жителей по одному следу и высоту рисунка протектора, не должны превы-шать:

– для трактора ХТЗ-150К-09: под передними колесами 144 кПа, под зад-ними – 162 кПа;

– для трактора К-744Р2 144 кПа под передними и задними колесами.

Таблица 1. Технические характеристики анализируемых тракторов Показатели ХТЗ-150К-09 К-744Р2

Тяговый класс Масса эксплуатационная (в штатной комплектации

на одинарных шинах), mэ, кг Двигатель: – марка – мощность эксплуатационная, Nе, кВт – максимальный крутящий момент, Мд, Н⋅м – запас крутящего момента, kм , % – удельный расход топлива при номинальной

мощности, ge, г/кВтч Колесная формула База L, мм Распределение вертикальной нагрузки по осям

в статическом положении, %: – на переднюю – на заднюю Шины колес: – обозначение – рабочее давление воздуха, МПа Число передач, вперед/назад Диапазон скоростей переднего хода, V, км/ч

3

8410

ЯМЗ-236Д 130 при

2100 об/мин 667 при

1335 об/мин 11…15

220

4×4б 2860

64 36

21,3R24

0,1…0,16 12/4

3,4…30,1

5

15680

ТМЗ-8481.10 257 при

1900 об/мин 1577 при

1360 об/мин 20…22

215,7 4×4б 3750

68 32

800/65R32 (30,5LR32)

н. д. 16/8

4,7…30,0 Как показывают результаты расчета (табл. 2), на одинарных шинах рас-

сматриваемые тракторы не укладываются в установленные ГОСТ 26955-86 вышеуказанные нормы максимальных давленийна почву: ХТЗ-150К-09 – под передними колесами (превышение составляет 13 %), соответствие установ-ленным нормам qmax под задними колесами объясняется большей величиной этих норм; К-744Р2 – под передними и задними колесами (превышение, со-ответственно, 32,7 и 5,5 %); значения qmax, превышающие допускаемые по ГОСТ 26955-86, в таблице 2 выделены жирным шрифтом.

188

Таблица 2. Результаты расчета давлений анализируемых тракторов на почву

Показатели ХТЗ-150К-09 К-744Р2

одинарныеколеса

сдвоенныеколеса

одинарныеколеса

сдвоенные колеса

Масса эксплуатационная, mэ, кг Распределение вертикальной

нагрузки по осям в статическом положении, %:

– на переднюю – на заднюю Давление воздуха в шинах колес,

pw, рекомендуемое для полевых работ, МПа:

– передних основных (внутренних)

– передних дополнительных (внешних)

– задних основных (внутренних) – задних дополнительных

(внешних) Наиболее вероятная нагрузка

на крюке, Ркрн.в, кН Вертикальная нагрузка на колесо,

Giг, при работе с Ркрн.в, Н: – переднее основное – переднее дополнит. – заднее основное – заднее дополнит. Площадь контакта шины

с почвой, Sш, м2: – передней основной – передней дополнительной – задней основной – задней дополнительной Средние давления в контакте

шин с почвой, qср , кПа: – передних основных – передних дополнительных – задних основных – задних дополнительных Максимальные давления

в контакте шин с почвой, qmax, кПа: – передних основных – передних дополнительных – задних основных – задних дополнительных

8410

64 36

0,12

– 0,10

–

24

23885 –

15427 –

0,1915 –

0,1682 –

125 –

103 –

163 –

135 –

9258

62,7 37,3

0,12

0,10 0,12

0,10

24

14143 11787 10626 8855

0,1163 0,1163 0,0883 0,0883

122 101 120 100

159 132 157 131

15680

68 32

0,14

– 0,11

–

40

39228 –

37533 –

0,2799 -

0,3369 –

140 –

111 –

191 –

152 –

17780

66 34

0,11

0,08 0,11

0,08

40

25750 18728 24741 17263

0,2359 0,2359 0,2270 0,2270

109 79

109 76

149 108 149 104

189

Установка сдвоенных колес позволяет снизить максимальные давления на почву:

– у ХТЗ-150К-09 на 2,6 %, при этом они все равно превышают установ-ленную норму на 10 %;

– у К-744Р2: под передним мостом на 22 %, под задним – на 2,2 %, при этом они все равно несколько превышают установленные нормы: под основ-ными (внутренними) колесами на 3,2…3,3 %.

При этом под дополнительными (внешними) колесами как переднего, так и заднего моста, у обоих тракторов qmax укладываются в нормы и ниже, чем под основными колесами на 16,7…30,2 %.

Большее превышение qmax у трактора ХТЗ-150К-09 над установленными нормами по сравнению с К-744Р2 объясняется тем, что его шины 21,3R24 рассчитаны на работу при большем минимальном давлении 0,10 МПа против 0,06 МПа у шин 800/65R32 [5] трактора К-744Р2. Кроме того, с точки зрения воздействия на почву следует отметить такое преимущество К-744Р2, как лучшее распределение нагрузки по мостам: при работе с наиболее вероятной силой тяги на крюке у него нагрузка по мостам распределяется практически поровну (51 % на передний мост и 49 % – на задний), у ХТЗ-150К-09 – 57…58 и 42…43 % соответственно.

Были также выполнены дополнительные расчеты максимальных давлений на почву.

Для трактора ХТЗ-150К-09 выполнен расчет для случая, если бы его шины могли работать при меньшем, чем 0,10 МПа давлении воздуха. Было принято давление воздуха в основных шинах 0,10 МПа, в дополнительных – 0,08 МПа.

Для трактора К-744Р2 выполнен расчет при давлении воздуха в основных (внутренних) шинах 0,10 МПа вместо 0,11 МПа, т. е. с разницей давления в основных и дополнительных шинах в 0,02 МПа.

В этом случае нагрузка между сдвоенными колесами в паре распределяет-ся более равномерно, статический прогиб и площадь контакта шин с почвой возрастают, а максимальные давления на почву qmax:

– у ХТЗ-150К-09 под основными шинами снижаются со 157…159 до 132…133 МПа, что соответствует установленным нормам; под дополнитель-ными шинами также снижаются со 131…132 до 105…107 МПа;

– у К-744Р2 под основными шинами снижаются со 149 до 135…136 МПа, что соответствует установленным нормам; под дополнительными шинами практически не изменяются.

Выводы Сдваивание колес на сельскохозяйственных тракторах ХТЗ-150К-09

и К-744Р2 обеспечивает снижение максимальных давлений на почву. Однако это снижение не превышает 22 %, и тракторы при этом все равно не уклады-ваются в нормы воздействия для случая выполнения весенних полевых работ на супесчаных почвах высокой влажности.

190

Снижению воздействия на почву может способствовать: – разработка и внедрение в производство шин, в частности 21,3R24, рабо-

тающих при более низком давлении воздуха (0,08 МПа и менее) в них; – более равномерное распределение нагрузки между шинами в паре, в том

числе за счет сокращения разницы рабочего давления воздуха в основной (внутренней) и дополнительной (внешней) шинах;

– более рациональное распределение нагрузки по мостам трактора с таким расчетом, чтобы при работе с наиболее вероятной нагрузкой на крюке она была близка к одинаковой.


1. ГОСТ 26955–86. Техника мобильная сельскохозяйственная. Нормы воздействия движителей на почву. – Москва : Издательство стандартов, 1986. – 7 с.

2. Тракторы: Теория : учебник для вузов по спец. «Автомобили и тракторы» / В. В. Гуськов, Н. Н. Велев, Ю. Е. Атаманов [и др.] ; под общей редакцией В. В. Гусь-кова. – Москва : Машиностроение, 1988. – 376 с.

3. Скотников, В. А. Основы теории и расчета трактора и автомобиля / В. А. Скот-ников, А. А. Мащенский, А. А. Солонский ; под редакцтей В. А. Скотникова. – Моск-ва : Агропромиздат, 1983. – 383 с.

4. Болотов, А. К. Эксплуатация сельскохозяйственных тракторов / А. К. Болотов, А. Н. Гуревич, В. И. Фортуна. – Москва : Колос, 1994. – 495 с.

5. ГОСТ 7463–2003. Шины пневматические для тракторов и сельскохозяйствен-ных машин. Технические условия. – Москва : Издательство стандартов, 2004. – 26 с.

191

УДК 620.18

Д. Ю. Козинов, аспирант А. А. Филиппов, кандидат технических наук, доцент Г. В. Пачурин, доктор технических наук, профессор

Нижегородский государственный технический университет им. Р. Е. Алексеева


Экономичная подготовка структурно-механических характеристик проката для холодной штамповки

автомобильных болтов Предложена экономичная и ресурсосберегающая технология структурно-

механического обеспечения качества проката для высадки металлоизделий. Показа-но, что волочение с рациональными степенями на каждом из трех этапов обжатия после отжигов с нагревом токами высокой частоты обеспечивает отсутствие ока-лины на прокате и эллипсности. Присутствовавший незначительный слой окислов устраняется травлением за нескольких секунд. Такой стальной прокат имеет рав-номерно распределенную мелкодисперсную структуру без обезуглероженного слоя с повышенной пластичностью, что позволяет уменьшить количество переходов при высадке металлоизделий и увеличить работоспособность инструмента. При этом нет вредных выбросов от печей отжига проката, и реже освежаются травильные растворы.

Ключевые слова: горячекатаный прокат, структура, механические свойства, ре-сурсосбережение, автомобильные болты, холодная высадка.

Введение

На фоне ухудшения окружающей среды и сокращения ресурсов становят-ся весьма актуальными вопросы ресурсо- и энергосбережения [1] при одно-временном улучшении качества и повышении конкурентоспособности ме-таллоизделий [2]. Важнейшим фактором является уменьшение затрат на по-требляемые металл и энергию [3, 4].

Металлоизделия с высокими физико-механическими свойствами возмож-но обеспечивать использованием новых материалов или технологических процессов [5]. Поэтому требования к прочностным и пластическим характе-ристикам, штампуемости, коррозионной стойкости и эксплуатационной дол-говечности новых функциональных свойств конструкционных материалов постоянно ужесточаются. Усиливается потребность в уменьшении трудоза-трат, решении острых экологических проблем [6]. Современного потребителя интересует совокупность свойств материала в различных конкретных усло-

© Козинов Д. Ю., Филиппов А. А., Пачурин Г. В., 2021

192

виях, зависящих от структуры, сформированной во время фазовых и струк-турных превращений [7, 8].

Широко распространенным и наиболее производительным способом по-лучения готовых металлоизделий с высокими структурно-механическими свойствами являются методы их холодной высадки из металлического прока-та, который должен обладать определенным качеством – требуемой пластич-ностью, однородными по всей длине структурой и параметрами технологиче-ских свойств, отсутствием дефектов. При жесткой конкуренции для улучше-ния качества высаживаемых металлоизделий предприятия вынуждены изыскивать возможности на всех позициях технологической цепочки преоб-разования исходного металлопроката.

Требуемый уровень комплекса структурно-механических свойств можно достичь широким внедрением новых материалов и прогрессивных техноло-гий их обработки [9, 10]. Параметры прочности, пластичности, осадки и спе-циальных характеристик стального проката под холодную высадку должны соответствовать высоким требованиям действующих стандартов.

Таким образом, необходимость снижения трудовых затрат, экономии энергоресурсов и обеспечения возрастающих природоохранных проблем [11, 12] обусловливает актуальность решения данной задачи.

Структурно-механические свойства материала, обеспечивающие качест-венную высадку [13], формируются в процессе волочения металла через фильеру. Для обеспечения технологических требований к прокату необходи-мо обеспечить отсутствие появления трещин и надрывов на поверхности по-сле испытания на осадку. Оптимальной осадкой является достижение до 1/3 высоты. Однако результаты этого эксперимента соответствуют лишь данному конкретному бунту проката, а не всей его партии.

Различие скоростей волочения на различных этапах подготовки сущест-венно снижает производительность. Технологическая схема включают в себя: подготовку; первичную деформацию; термообработку в печах с защитной атмосферой; повторную деформацию; термообработку.

Нагрев ТВЧ ограничивается 6 мин (с дальнейшим плавным охлаждением в колодцах 6 ч), а в электрических или газовых печах – 10…36 ч. При этом необходимо обеспечить структурно-механические свойства металлопроката за счет регулирования дисперсности зерна и структуры.

Перед высадкой, как правило, прокат отжигают на зернистый перлит в колпаковых печах, который, к сожалению, не обеспечивает однородность свойств по длине мотка. В структуре нередко находят нежелательные следы пластинчатого перлита.

Для обеспечения качества ответственных автомобильных изделий недо-пустимы дефекты на поверхности проката, как, например, обезуглероженный слой, риски, задиры и др. [14]. Операция удалению их обточкой является за-тратной, а травлением – вредной для человека и природы, что также удоро-жает готовые изделия.

193

В данной работе нагрев под отжиг предлагается осуществлять в индукто-рах, которые за счет высокой стабильности температуры и отсутствия обез-углероженного слоя обеспечивают повышение качество проката, позволяют повысить производительность, экономичность и автоматизацию процесса, а также исключить вредные выбросы в атмосферу.

Методика исследований В работе изучался широко распространенный в различных отраслях на-

родного хозяйства для изготовления упрочняемых болтов стальной 38ХА прокат

– диаметром 12,0 мм, химический состав: С – 0,39, Мn – 0,62, Si – 0,18, P – 0,009, S – 0,015, Cr – 0,87 %;

–диаметром 14,0 мм, химический состав: С – 0,40, Мn – 0,64, Si – 0,19, P – 0,021, S – 0,017, Cr – 0,9 %.

Микроструктура стали 38ХА – перлит с ферритом. Действующая схема обработки проката диаметром 12,0 на 9,65 мм: – отжиг в печи с защитной атмосферой (750 °С, 24 ч) на зернистый перлит

с последующим травлением; – волочение с диаметра 12,0 на 11,0 мм; – отжиг в печи с защитной атмосферой (670 °С, 12 ч) с последующим

травлением; – волочение с диаметра 11,0 на 10,2 мм; – механическая обточка с 10,2 на 9,97 мм; – окончательное волочение с 9,97 на 9,65 мм. В данной технологии удаление дефектов с поверхности мотка осуществ-

ляется механической обточкой, что переводит в стружку не менее 55 кг с каждой тонны металла. В случае удаления с поверхности проката окалины травлением требуется еще время, появляются экологически вредные оста-точные растворы, для утилизации которых требуются дополнительные средства.

В работе предложены 2 режима переработки проката. 1. Режим для проката диаметром 12,0 мм: – травление 12,0 мм; – волочение на 11,0 мм; – отжиг ТВЧ (760…780 ºС); – травление; – волочение с 11,0 на 9,65 мм; – отжиг ТВЧ (760…780 ºС); – травление; – калибровка на 9,65 мм. 2. Режим для проката диаметром 14,0 мм: – травление 14,0 мм; – волочение на 13,0 мм;

194

– отжиг ТВЧ (760...780 ºС); – травление; – волочение на 12,00 мм; – отжиг ТВЧ (760...780 ºС); – травление; – волочение на 11,00 мм; – отжиг ТВЧ (760…780 ºС); – травление; – волочение на 9,65 мм. Окончательная структура проката диаметром 9,65 мм для исходного диа-

метра 12,0 и 14.0 мм – перлит сорбитообразный. Статистический анализ результатов действующей технологической схемы

обработки проката выявил 50%-е превышение допустимой твердости (боль-ше на 207) и 20%-е превышение допустимой нормы (более 0,05 мм) обезуг-лероженного слоя. У большей части металла Ψ < 60 %, что ниже допустимой. Лишь у 50 % качество поверхности проката удовлетворяет нормативам.

Выявлено неравномерное распределение свойства по объему мотка. Ока-залось, что из-за повышенной скорости охлаждения витков внешней стороны мотка по отношению к внутренним структура внешних концов бунта более мелкодисперсная, чем внутренних.

В предлагаемой в данной работе методике отжига проката в индукторе ТВЧ образуется мелкодисперсная равномерно распределенная по всей длине микроструктура, приводящая к падению твердости (на 30…31 единицу) и прочностных характеристик (предел прочности на 70…90 МПа; относи-тельный предел текучести – на 40…70 МПа), но увеличению параметров пла-стичности (относительное сужение на 11…13 %).

Рост числа операций с ТВЧ обусловливает изменение микроструктуры под воздействием последующего калибрования в холодном состоянии сплава.

Например, перлит сорбитообразный приобретает меньшую дисперсность зерен, тогда как такой отжиг проката Ø11,0 мм приводит к появлению перли-та с мелкими зернами, а Ø9,65 мм – формирует равномерно распределенную по всему объему проката микроструктуру точечного перлита с равномерно распределенным мелкозернистым ферритом.

При этом наблюдается высокое качество поверхностного слоя проката, о чем свидетельствуют невысокая твердость (НВ не более 194), отсутствие обезуглероженного слоя, окислов и эллипсности.

Таким образом, сформированная микроструктура обусловливает твер-дость калиброванного проката не более НВ 195, снижение прочностных свойств и увеличение пластичности.

Калибрование в 3 этапа с использованием отжига способом ТВЧ обеспе-чивает повышение качества поверхности проката из-за отсутствия на ней окалины, способствует устранению эллипсности в сечении проката.

195

Подготовка проката стали 38ХА по предложенной схеме значительно снижает сопротивление пластической деформации, повышает пластичность, снижает твердость, устраняет обезуглероженный слой и эллипсность.

Величина фактора пригодности стали к деформации достаточно высокая и составляет σ0,2 / σВ = 41/68 = 0,6.

Выводы Вышеизложенное позволяет сделать вывод о том, что данный калибро-

ванный прокат является качественным для холодной высадки крепежа. Ранее [15] была запатентована схема подготовки проката к высадке,

включающая отжиг бунта с нагревом ТВЧ, гарантирующим высокую (±3 °C) точность выдержки температуры и поэтапную деформацию в фильерах.

Стальные 10, 20, 20Г2Р, 30Г1Р и 38ХГНМ прутки Ø8,0 мм подвергали во-лочению с разным обжатием (8,0; 7,6; 6,88; 6,23; 5,10; 4,39 мм).

Установлено, что применение нагрева ТВЧ при отжиге стали по сравне-нию с отжигом в колпаковых печах обеспечивает повышение дисперсности структуры и отсутствие обезуглероженного слоя. Прочность и пластичность при этом практически не различаются.

Если же деформация прутков перед отжигом с нагревом ТВЧ проводится в размотанном состоянии, то наблюдается микроструктура с полной сферои-дизацией.

Однако эта технологическая схема [15] отличается от предлагаемой нами значительно более длительным технологическим циклом и является сущест-венно трудо- и энергозатратной.

Так, например, процесс размотки бунта перед индуктором ТВЧ и намотка после него являются весьма трудоемкими и требуют специального оборудо-вания. Кроме того, при нагреве непосредственно бунтов не гарантируется однородность свойств по всему объему. Чтобы устранить это негативное яв-ление производственники вынуждены осуществлять дополнительный сфе-роидизирующий и рекристаллизационный отжиг в печах, что не всегда обес-печивает достижение однородности свойств проката и еще больше увеличи-вает продолжительность технологического процесса.

Заключение Предложенная технологическая схема изготовления калиброванного про-

ката стали 38ХА для получения автомобильного крепежа без операции об-точки показала, что волочение с рациональными степенями на каждом из трех этапов обжатия после отжигов с нагревом токами высокой частоты обеспечивает отсутствие окалины на прокате и эллипсности. Присутствовав-ший незначительный слой окислов устранялся в травильных ваннах в тече-ние нескольких секунд.

Подготовленный по такой схеме стальной прокат имеет равномерную мелкодисперсную структуру без обезуглероженного слоя с лучшей способ-

196

ностью к деформированию. Это позволяет уменьшить количество переходов в процессе холодной высадки металлоизделий и увеличить долговечность инструмента.

Предложенная схема подготовки проката позволяет исключить из техно-логического процесса вредные выбросы от печей отжига. Более того, за счет того, что после отжига проката способом ТВЧ пленка окалины очень тонкая, травильные растворы освежаются реже.


1. Pachurin G.V. Life of Plastically Deformed Corrosion-Resistant Steel. Russian Engi-neering Research, 2012, vol. 32, no. 9-10, pp. 661-664.

2. Filippov A.A., Pachurin G.V., Naumov V.I., Kuzmin N.A. Low-Cost Treatment of Rolled Products Used to Make Long High-Strength Bolts. Metallurgist, 2016, vol. 59, no. 9-10, pp. 810-815.

3. Пачурин Г. В., Власов В. А. Механические свойства листовых конструкционных сталей при температурах эксплуатации // Металловедение и термическая обработка металлов. – 2014. – № 4 (706). – С. 48–53.

4. Оценка качества стального проката для холодной объемной штамповки / А. А. Филиппов, Г. В. Пачурин, Н. А. Кузьмин, Ю. И. Матвеев, В. Б. Деев // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. – 2018. – Т. 61, № 7. – С. 551–556.

5. Filippov A.A., Pachurin G.V., Goncharova D.A. Resource efficient preparation of high quality rolled stock for motor vehicles' fastening. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2019, pp. 012078.

6. Исследование процесса усталости автомобильных материалов / Г. В. Пачурин, Д. А. Гончарова, А. А. Филиппов, Т. В. Нуждина, В. Б. Деев // Известия высших учеб-ных заведений. Черная металлургия. 2019. Т. 62, № 9. С. 732–738.

7. Pachurin G.V., Kuz’min N.A., Filippov A.A., Nuzhdina T.V. Mechanical characteris-tics of steels with a gas-phase nickel coating. Russian metallurgy (Metally), 2019, no. 13, pp. 1407-1409.

8. Filippov A.A., Pachurin G.V., Kuz’min N.A., Nuzhdina T.V., Goncharova D.A. Expe-rience of preparation of quality structure and properties of the surface of rolled bars for cold heading. Metal Science and Heat Treatment, 2019, vol. 61, no. 7-8, pp. 517-520.

9. Подготовка перлитных сталей для холодной штамповки / А. А. Филиппов, Г. В. Пачурин, Н. А. Кузьмин [и др.] // Ремонт. Восстановление. Модернизация. – 2019. – № 11. – С. 38–42.

10. Pachurin G.V., Vlasov V.A. Mechanical properties of sheet structural steels at oper-ating temperatures. Metal Science and Heat Treatment, 2014, vol. 56, no. 3-4, pp. 219-223.

11. Pachurin G.V., Filippov A.A. Economical preparation of 40X steel for cold upsetting of bolts. Russian Engineering Research, 2008, vol. 28, no. 7, pp. 670-673.

12. Пачурин Г. В., Филиппов А. А. Ресурсосберегающая и экологичная обработка поверхности металлопроката перед холодной высадкой // Экология промышленности России, август 2008. – С. 13–15.

13. Pachurin G.V., Filippov A.A. Rational reduction of hot-rolled steel 40X before per-manent deformation. Steelin Translation, 2008, vol. 38, no. 7, pp. 522-524.

197

14. Способ формирования структурно-механических свойств стального проката для высадки стержневых изделий / А. А. Филиппов, Г. В. Пачурин, Н. А. Кузьмин, Ю. И. Матвеев // Черные металлы. – 2018. – № 4. – С. 36–40.

15. Подготовка структуры при электротермообработке сталей, применяемых для высадки высокопрочных крепежных изделий / М. В. Бобылев, В. Е. Гринберг, Д. М. Закиров, Ю. А. Лавриненко // Сталь. – 1996. – № 11. – С. 54–58.

198

УДК 629.113

С. Г. Костин, аспирант Набережночелнинский институт (филиал)

Казанского (Приволжского) федерального университета [email protected]

Влияние режима работы двигателя грузового автомобиля на эффективность эксплуатации и безопасность движения

Рассмотрены пути повышения эффективности работы двигателей автомобилей

КАМАЗ. Изучены современные конструктивные методы, обеспечивающие повышение топливной экономичности при изменении режима работы силового агрегата. Пока-зано влияние режимов работы двигателя на экологическую безопасность и вибраци-онную нагруженность автомобиля.

Ключевые слова: грузовой автомобиль, двигатель внутреннего сгорания, сцепле-ние, частота вращения, полуось, маховик двигателя, условия эксплуатации.

Введение

Техническое состояние двигателя грузового автомобиля является важней-шим фактором обеспечения безотказной работы и безопасности движения. Необходимость соблюдения строгих экологических требований и обеспече-ния комфортной работы водителя еще более усложняют требования к конст-рукции механизмов и систем двигателя. Поэтому при разработке перспектив-ных конструкций двигателей следует учитывать условия эксплуатации и не-обходимость контроля технического состояния во время эксплуатации.

Проблемы обеспечения долговечности автомобильных двигателей рас-сматривались в ряде работ отечественных ученых [1]. Причины выхода из строя механизмов и систем двигателя являются достаточно разнообразными, что показывает опыт эксплуатации автомобилей КамАЗ [2]. При этом влияние воздействия окружающей среды далеко не всегда принимается во внимание при определении конструктивных параметров двигателя [3].

Современные тенденции обеспечения долговечности автомобильных двигателей

Современные тенденции сокращения и снижения частот вращения дизельно-го двигателя являются одним из основных направлений по повышению эффек-тивности двигателей внутреннего сгорания и уменьшению вредных выбросов.

Данная тенденция была успешно применена на легковых автомобилях. Ре-зультатом снижения частот вращения коленчатого вала двигателя стало уменьшение расхода топлива и снижение вредных выбросов в атмосферу.

© Костин С. Г., 2021

199

Реальным основанием для объяснения данной тенденции является про-грамма SuperTruck 2 (2017–2021) U.S. Departamen tof Energy.

Данная программа преследует следующие цели: 1. Разработка и внедрение решений, улучшающих эффективность грузо-

вых автомобилей, используемых в качестве седельных и бортовых тягачей. Применение данных решений позволяет снизить расход топлива на 50 % по сравнению с показателями модельного ряда седельных и бортовых тягачей 2009 г.

2. Повышение эффективности двигателя на 8 %, что позволяет поднять термическую эффективность двигателей внутреннего сгорания, выражаемую через КПД, до 50 % и уменьшить расход топлива на 16 %.

3. Представление дальнейшего пути и идей развития двигателей внутрен-него сгорания для повышения КПД до 5 % дополнительно.

В аналогичной программе участвуют следующие отраслевые команды: Daimler, Cummins/Peterbilt, Volvo, Navistar. На данный момент известно, что они превзошли задачи, поставленные программой SuperTruck 2. Предполага-ется, что результатами такой программы станут повышение эффективности грузовых перевозок до 100 %, а также повышение термического КПД до 55 % (рисунок).

Установка сцепления на двигатель фирмы «Даймлер»

На данный момент отраслевые команды SuperTruck ведут успешную ком-мерциализацию 32 технологий, достигнутых по данной программе. Многие из предлагаемых и реализуемых решений имеют значимость для заказчиков автотранспортных средств, так как их привлекательность с позиции умень-шения расхода топлива, при сохранении высокой мощности, остается акту-альной.

200

Концепция Down speeding, используемая в решении ряда задач и реали-зуемая по программе SuperTruck 2, является актуальной стратегией для уменьшения вредных выбросов и повышении экономии топлива при работе двигателей внутреннего сгорания.

По концепции Down speeding повышение экономии топлива достигается за счет снижения рабочих частот вращения коленчатого вала двигателя. При работе на более низких частотах снижаются потери двигателя на трение.

Чтобы обеспечить крутящий момент на более низких частотах, может по-требоваться повышение степени сжатия рабочей смеси. Другим инструмен-том для сохранения необходимого крутящего момента является регулировка систем изменения фаз газораспределения, а именно регулировка по подъему и времени.

Для достижения данной цели при проектировании двигателя необходимо учесть особенности эксплуатации, а именно привести диаграмму расхода то-плива двигателя к оптимальной топливной экономичности. Это мероприятие приводит к тому, что универсальность дизельных двигателей существенно уменьшается. Для достижения максимальной эффективности необходимо учитывать не только традиционные параметры, но также условия эксплуата-ции и особенности движения грузового автомобиля [4–6]. В условиях город-ской эксплуатации или магистральных перевозок на равнинной местности различия режимов работы двигателя не позволяют получить максимальной эффективности и приводят к необходимости поиска индивидуального подхода и разделения функционального назначения конечного продукта исследования.

Также стоит учесть тот факт, что уменьшение рабочих частот вращения ко-ленчатого вала двигателя приводит к увеличению влияния крутильных колеба-ний, что, в свою очередь усложняет конструкцию и делает ее менее надежной. Такие примеры, как применение демпферов коленчатого вала и двухмассовых маховиков, являются подтверждением сложности указанной проблемы.

Данные решения не являются надежными, и в большинстве случаев сами служат причиной отказа автотранспортного средства. В обратном случае, при традиционном решении, использование массивного маховика приводит к поте-рям, связанным с разгоном. Грузовой автомобиль теряет динамические свойст-ва, вследствие чего в условиях городской эксплуатации обладает повышенным расходом топлива. При использовании менее массивного моховика динамиче-ские нагрузки могут привести к поломкам деталей и отказам фрикционного сцепления [7–9].

Кроме того, постоянная вибрация на холостом ходу негативно сказывается на здоровье водителя и пассажиров, если они присутствуют в транспортном средстве. Длительное и стабильное влияние вибрации на организм человека может стать причиной развития ряда функциональных нарушений, которым часто подвержены профессиональные водители большегрузных автомобилей. В общем случае повышенное воздействие вибрации на человека способствует

201

накопительной усталости, нервозности и понижению внимания, что, в свою очередь, может привести к дорожно-транспортным происшествиям.

Также вибрационные нагрузки, как показывают исследования, являются од-ним из факторов, снижающих безотказность и долговечность сцепления [10].

Изменение режима работы двигателя может стать причиной нарушения требований экологической безопасности. Поэтому необходимо принимать во внимание взаимосвязи физико-химических процессов и условия движения ав-томобиля [11]. Кроме того, экстремальные условия эксплуатации существенно влияют на характер протекания рабочих процессов и, как результат, на долго-вечность силового агрегата [12]. Топливная экономичность также зависит от влияния внешних факторов.

Выводы и рекомендации Изменение диапазонов рабочих параметров двигателей грузовых автомо-

билей, в частности, частот вращения коленчатого вала для наиболее частых условий нагружения, может обеспечить повышение показателей топливной экономичности и ограничение динамических нагрузок в трансмиссии. Однако при этом возникает необходимость учета влияния внешних факторов, связан-ных с эксплуатационным состоянием дорожного покрытия, климатическими условиями перевозок и характером управляющего воздействия водителя.

Можно считать целесообразным проведение исследования эксплуатаци-онного состояния силового агрегата при воздействии вибрационных нагру-зок, соответствующих рациональным частотам вращения коленчатого вала двигателя. Получение экспериментальных данных о динамике рабочих про-цессов силового агрегата в реальных условиях эксплуатации даст возмож-ность достоверно оценить границы оптимальных режимов нагружения.


1. Гурвич И. Б. Долговечность автомобильных двигателей. – Москва : Машино-строение, 1967. – 104 с.

2. Кулаков А. Т., Денисов А. С., Макушин А. А. Особенности конструкции, эксплуа-тации, обслуживания и ремонта силовых агрегатов грузовых автомобилей : учебное пособие. – Москва : Инфра-Инженерия, 2013. – 448 с.

3. Исследование взаимосвязи эксплуатационных параметров и ресурса автомо-бильного двигателя / А. Ю. Барыкин [и др.] // Научно-технический вестник Поволжья. – 2019. – № 3. – С. 43–45.

4. Gainiev R.R., Barykin A.Y., Nuretdinov D.I., Takhaviev R.Kh. Improvement of repair impact efficiency during technical operation of diesel engines. International J. of Engineer-ing Research and Technology, 2020, vol. 13, no. 11, pp. 3601-3604.

5. Suleimanov I.F., Kharlyamov D.A., Kulakov A.T. Control system considered in study-ing the dynamic changes of the territories of temporary roads in the far Northeast of Russia. J. of Advanced Research in Dynamical and Control Systems, 2018, vol. 10, no. 13 Special Issue, pp. 657-662.

202

6. Makarova I.V. Diagnostics and operational control of the residual resource of vehicle units and assemblies. Transport: science, technology, management, 2018, no. 2, pp. 54-60.

7. Барыкин А. Ю., Басыров Р. Р., Хуснетдинов Ш. С. Исследование работоспособ-ности ведущего диска фрикционной муфты сцепления // Научно-технический вестник Поволжья. – 2018. – № 12. – С. 59-62.

8. Барыкин А. Ю., Хуснетдинов Ш. С. К вопросу обеспечения чистоты выключения двухдискового сцепления в сложных условиях эксплуатации // Проблемы функциониро-вания систем транспорта : материалы Международной научно-практической конферен-ции студентов, аспирантов и молодых ученых (22–23 декабря 2017 г.) : в 2 т. / отв. ред. А. В. Медведев. – Тюмень : ТИУ, 2018. – С. 35–40.

9. Особенности эксплуатации, изнашивания деталей и дисбаланс механизма сцеп-ления грузовых автомобилей / Ш. С. Хуснетдинов [и др.] // Машиностроение: проек-тирование, конструирование, расчет и технологии ремонта и производства : сборник статей Всероссийской научно-практической конференции. – Ижевск : ИжГТУ имени М. Т. Калашникова, 2012. – С. 95–100.

10. Износы и образование дисбаланса в механизме сцепления автомобилей КамАЗ / Ш. С. Хуснетдинов [и др.] // Перспективные направления развития автотранспортного комплекса : сборник cтатей IV Международной научно-практической конференции МНИЦ ПГСХА. – Пенза : РИО ПГСХА, 2011. – С. 105–109.

11. Барыкин А. Ю., Басыров Р. Р., Мухаметдинов М. М. Основные мероприятия по обеспечению требований экологических показателей транспортных средств // Научно-технический вестник Поволжья. – 2017. – № 2. – С. 13–15.

12. Барыкин А. Ю., Тахавиев Р. Х. Методика оценки температурного состояния уз-лов трансмиссии автомобиля КамАЗ в зимних условиях эксплуатации // Проблемы функционирования систем транспорта : материалы Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (22–23 декабря 2017 г.) : в 2 т. / отв. ред. А. В. Медведев. – Тюмень : ТИУ, 2018. – С. 30–34.

203

УДК 623.437.3.093; 629.03; 629.36

Н. М. Костромин, магистрант Р. Ю. Добрецов, доктор технических наук, доцент

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого М. В. Костромин, инженер

АО «НПК «Авиационная и морская электроника», Санкт-Петербург [email protected]; [email protected]

Методика оценки основных параметров грунта

при использовании шасси-анализатора Рассмотрена возможность получения характеристик грунта и траектории

движения гусеничной машины с помощью системы датчиков. Предложен алгоритм вычислений для определения мгновенных значений оцениваемых параметров.

Ключевые слова: гусеничная машина, шасси-анализатор, характеристики грунта, автоматизация подвижности.

Введение

В рамках концепции автоматизации подвижности транспортной системы, разработанной в АО «НПП «Авиационная и морская электроника», был соз-дан комплекс средств дистанционного управления гусеничной машиной. Раз-работан комплекс программно-аппаратных средств, который обеспечивает дистанционное управление движением гусеничной машины, функциониро-ванием моторно-трансмиссионной установки и бортового оборудования. Комплекс использует систему технического зрения, что позволило автомати-зировать движение машин в колонне. Концепция включает несколько подза-дач, одной из которых является задача представления в дискретном виде сре-ды передвижения, в частности параметров, определяющих процесс взаимо-действия движителя с грунтом. Среда функционирования представляется в виде многослойных карт, включающих карту проходимости [1, 2], карту энергозатрат [3] и прочие данные, необходимые для прокладки маршрутов движения с учетом требований выполняемых задач. Возможности современ-ных датчиков, а также вычислительные мощности малогабаритных возимых компьютеров позволяют получать информацию о параметрах движения ма-шины вплоть до составления профилограммы пути (см., например, [1]). Воз-никает идея проекта «шасси-анализатора», включенного в мультиагентную систему [4].

Основные параметры, оценочное значение которых предполагается полу-чить на основе измеряемых данных, являются мгновенные и осредненные на принятой ячейке дискретного рабочего поля (ДРП) значения коэффициентов

© Костромин Н. М., Добрецов Р. Ю., Костромин М. В., 2021

204

сопротивления качению , ,f f максимального коэффициента сопротивления повороту в трактовке А. О. Никитина [5] max max, .μ μ

Для привязки к ячейкам ДРП требуется одномоментно с измерениями косвенных параметров фиксировать координаты центра тяжести машины. Размеры ячейки ДРП желательно установить до проведения дискретизации. Традиционно они определяются габаритами шасси. Осреднение получаемых данных предлагается проводить на базе длины опорной поверхности по принципу среднего арифметического или среднего геометрического.

В качестве базовой расчетной модели принимаем модель равномерного поворота гусеничной машины при действии произвольной внешней силы (рис. 1), координаты точки приложения которой известны. В удобном для использования виде такая модель представлена, например, в работе [5]. Та-кую модель можно назвать квазистатической, поскольку в ней присутствует некая «внешняя сила», позволяющая интерпретировать основные уравнения в виде, характерном для динамической постановки задачи. Измерение кос-венных параметров производится одномоментно с высокой частотой, чего достаточно для дискретизации модели и представления ее в квазистатической интерпретации.

Рис. 1. Расчетная схема поворота машины

205

Важно, что даже в постановке [5] задача о повороте машины рассматрива-ется как голономная, а таковой не является. Для учета наличия неголономных связей в расчетную модель вводятся коэффициенты буксования. Будем ис-пользовать традиционную трактовку понятия коэффициента буксования, а его значения определять на основе информации о мгновенных значениях теоретической и действительной скорости борта. Эффекты, связанные с осо-бенностями работы движителя (колебания сопротивления движению из-за особенностей взаимодействия траков с грунтом) будут нивелироваться ос-реднением значения коэффициента сопротивления качению.

Полученные выражения можно использовать для оценки требований к точности измерений, задавая погрешность определения целевых парамет-ров. По результатам расчета можно будет сформулировать первичные требо-вания к выбираемой измерительной аппаратуре. Важно, что такие требования будут носить первичный, поисковый характер, поскольку существенное влия-ние на результаты измерений будут оказывать допущения, принятые при по-строении самой математической модели и входящих в ее состав подмоделей.

Последовательность действий при определении мгновенных значений оцениваемых параметров

1. С помощью гироскопического датчика определить углы отклонения шасси от вертикали и оценить связанные с этим отклонением значения со-ставляющих проекции внешней силы.

2. С помощью датчика угловой скорости определить действительную уг-ловую скорость поворота машины ωд.

3. С помощью акселерометров определить значения составляющих сил инерции Px и Py.

4. Расчетным путем (будем основываться на традиционной методике тя-гового расчета поворота гусеничной машины при действии произвольной внешней силы [5]), определить значение действительного радиуса поворота

( )д 2д

;yPR

m=

ω

дд ,

B

R=ρ

и продольное смещение полюсов поворота гусениц:

д ;x

y

PR

Pχ = −

0 ,Lχ

χ =

206

в этих зависимостях m – масса машины; L – длина опорной поверхности; B – колея.

5. Определить действительную линейную скорость центра масс машины:

д д д .V R= ω

6. По показаниям датчиков частоты вращения определить теоретические скорости бортов машины V1,2.

7. Определить действительные скорости отстающего и забегающего бор-тов и скорости юза и буксования:

( )( )

д1,2(д) д

0,5;

0,5д

V V=ρ −ρ +

1,2(д) 1,2 ,V V VΔ = −

ввести коэффициенты юза и буксования:

1,21,2

1,2

.V

VΔ

σ =

8. По показаниям датчиков момента определить значения крутящих мо-ментов на ведущих колесах бортов M1,2 и рассчитать силы тяги на ведущих колесах:

1,21,2

вк

.M

Pr

=

9. Оценить значение коэффициента сопротивления качению машины:

1 2 .xP P Pf

G+ −

=

10. Найти значение нормальной реакции борта:

1 ;2

y p z pzP h P yG P

ZB++

= +

2 .2

y p z pzP h P yG P

ZB++

= −

11. Определить относительное продольное смещение центра давления:

вк вк

0 .x p z p

r rfZ P h P xx

ZL

⎛ ⎞+ + +⎜ ⎟η η⎝ ⎠=

207

В последней зависимости радиус ведущего колеса rв.к, координаты точки приложения равнодействующей внешней силы hp и xp, значение нормальной реакции Z являются известными. Значение КПД ходовой части η следует уточнить в ходе опытов.

12. Определить текущее значение коэффициента момента (приведем при-мер для случая поворота без заноса, для поворота с заносом в работе [12] предложены другие зависимости):

3 20 0 0 0 016 4 12 1.MK x x= χ + χ − χ +

13. Определить значение момента сопротивления повороту:

( ) ( )c 2 20,5 .y p x pM P B P x P B y fZ B= − − χ − − −

14. Вычислить текущее значение коэффициента сопротивления повороту:

( )с4

.M

MZLK

μ =

15. По формуле А. О. Никитина пересчитать максимальное значение ко-эффициента сопротивления повороту, характеризующее грунт:

( )max д0,925 0,15 .μ = μ + ρ

Алгоритм был протестирован на примере шасси БТР-Д. Основные резуль-таты представлены в таблице.

Сравнение теоретических и полученных в результате расчета характеристик грунта

Тип грунта f Относительная

погрешность ,fγ % µmax

Относительная погрешность

max,μγ %

Сухой суглинок 0,08 1,39 0,8 2,86 Песок 0,1 1,3 0,6 1,52 Бетон, асфальт 0,01 6,44 0,3 0,1 Слежавшийся снег 0,05 2,31 0,6 0,61

Выводы и рекомендации

Результаты расчетов, представленные в таблице, носят оценочный харак-тер. Однако полученные погрешности, объясняемые только несовершенством расчетной модели, практически на порядок ниже значений, обусловленных неоднородностями свойств грунта и несовершенством средств измерений.

Создание по изложенным принципам математической модели для расчет-ной оценки основных параметров сопротивления движению позволит перей-

208

ти к оценке требуемых погрешностей измерения и конкретизировать харак-теристики аппаратуры.


1. Авотин, Е. В. Автоматическое управление транспортными средствами : учебное пособие / Е. В. Авотин, Р. Ю. Добрецов. – Санкт-Петербург : Изд-во Политехническо-го ун-та, 2013. – 92 с.

2. Планетоходы / А. Л. Кемурджиан [и др.] ; под ред. А. Л. Кемурджиана. – 2-е из-дание, переработанное и дополненное. – Москва : Машиностроение, 1993. – 397 с.

3. Borisov E.G., Dobretsov R.Yu., Matrosov S.I. Energy expenditure forecasting at path generation of spherical robots within multi-agent system. Indian J. of Science and Technol-ogy, 2016, vol. 9(44), pp. 1-9.

4. Пат. 2 658684 РФ: МПК B25J 5/00 № 2017100956. Мультиагентная робототех-ническая система / Борисов Е. Г. и [др.]. 2018.

5. Шеломов В. Б. Теория движения многоцелевых гусеничных и колесных машин. Тяговый расчет криволинейного движения : учебное пособие для вузов по специаль-ности «Автомобиле- и тракторостроение». – Санкт-Петербург : Изд-во Политехниче-ского университета, 2013. – 90 с.

209

УДК 656.025.4

В. И. Костяев, кандидат технических наук, доцент В. А. Глазырин, кандидат технических наук, доцент

Д. А. Еремин, студент Ижевский государственный технический университет


Способы уменьшения себестоимости

автомобильных грузоперевозок в строительной отрасли Рассмотрены вопросы понижения себестоимости грузоперевозок на 10 % путем

назначения новых технико-эксплуатационных показателей. Ключевые слова: грузоперевозки, себестоимость, характеристический график.

Введение Любое автотранспортное предприятие, занимающееся перевозками, стре-

мится наиболее эффективно и экономично использовать свои ресурсы, так как лишнее использование ресурсов предприятия способствует увеличению себестоимости перевозки груза, что, в свою очередь, отражается на себе-стоимости товара.

Под себестоимостью продукции, работ и услуг понимаются выраженные в денежной форме затраты, связанные с использованием в процессе производ-ства основных фондов, сырья, материалов, топлива, энергии, труда, а также другие затраты на производство и реализацию продукции [1].

Определение себестоимости перевозок Себестоимость перевозки одной тонны груза складывается из затрат на

погрузку-разгрузку, транспортирование, ремонт и содержание автомобиль-ных дорог, организацию и обеспечение безопасности движения на дорогах, складское хранение груза и операции по подготовке груза к перевозке и складированию после разгрузочных работ [1]:

п ,Q

СS

W= ∑

где Sп – себестоимость перевозки одной тонны груза, руб./т; С∑ – сумма

расходов за период (t1 – t0), руб.; WQ – транспортная продукция за период (f1 – f0), т.

© Костяев В. И., Глазырин В. А., Еремин Д. А., 2021

210

Суммарные затраты:

п.г х д п-р т ,C C С С С С= + + + +∑

где Сп.г – затраты, связанные с выполнением операции по подготовке груза к перевозке и складированию после выполнения разгрузочных работ; Сх – складские затраты, связанные с хранением груза в процессе его накопления, ожидания тары, подвижного состава и т. д.; Сд – дорожные затраты, связан-ные со строительством, ремонтом и содержанием дорог; Сп-р – затраты, свя-занные с выполнением погрузочно-разгрузочных работ; Ст – затраты, связан-ные с транспортированием груза.

На автомобильном транспорте при определении себестоимости транспор-тирования выделяются следующие статьи затрат [1]:

• основная, дополнительная заработная плата и отчисления на соци-альное страхование водителей;

• топливо для автомобилей всех типов; • смазочные и прочие эксплуатационные материалы; • износ и ремонт автомобильных шин; • текущий ремонт и техническое обслуживание автомобилей; • амортизация подвижного состава: на полное восстановление и на ка-

питальный ремонт; накладные расходы. Все расходы, связанные с транспортированием груза, условно разделяют-

ся на переменные, постоянные и заработную плату водителей. Чаще заработ-ная плата водителей относится к группе условно постоянных расходов. В этом случае все расходы делятся на переменные и постоянные [1].

К переменным относятся расходы на техническое обслуживание, текущий ремонт, амортизацию подвижного состава, расходы на шины и др. Они свя-заны непосредственно с работой подвижного состава и исчисляются на один километр пробега.

К постоянным относятся расходы на содержание зданий, налоги и сборы, хозяйственные расходы, заработная плата административно-управленческого персонала и условно водителей.

В общем виде себестоимость транспортирования одной тонны груза опре-деляется как [1]

т е.гэ

е.г т п-р е

;V L

VL V t

=+ β

пер п п-ре.г п

e т e е.г

,с

C C tL CS

q V L⎛ ⎞

= + +⎜ ⎟γ β β⎝ ⎠

где Спер – переменные расходы, руб./км; Сп – постоянные расходы, руб./ч.

211

Направления снижения себестоимости перевозок Снижение себестоимости транспортирования является одной из важней-

ших задач работников автомобильного транспорта. Оно может осуществляться по трем направлениям [2]: • снижение постоянных затрат; • снижение переменных затрат; • повышение производительности труда. Повышение производительности труда связано с увеличением техниче-

ской скорости, коэффициентов использования пробега и грузоподъемности, снижением времени простоя под погрузочно-разгрузочными операциями и расстояния ездки с грузом. Для реализации третьего направления необходи-мо знать, какое влияние на себестоимость транспортирования оказывают технико-эксплуатационные факторы в конкретных условиях организации перевозок. Для этой цели можно воспользоваться методом построения харак-теристического графика (рисунок) [1, 3].

Характеристический график

212

Например, нужно понизить себестоимость грузоперевозок S на 10 % в ООО «Ижевский завод керамических материалов», расположенном по ад-ресу: г. Ижевск, ул. О. Кошевого, 2, на стройку ЖК «Вдохновение 1» ФГУП «УССТ № 8» при Спецстрое России, расположенном по адресу: г. Ижевск, ул. Воткинское Шоссе, 1 А/Б, а также назначить новые ТЭП при следующих исходных параметрах:

• КамАЗ 5410 – используемые при грузоперевозках тягачи с прицепом; • qн = 20 т – номинальная грузоподъемность тягачей; • qф = 18,144 т – масса перевозки груза; • Lе.г = 15 км – длина ездки с грузом; • Tпр = 0,5 ч – время простоев под погрузкой-разгрузкой; • β = 0,5 – коэффициент использования пробега; • Vт = 28,7 км/ч – средняя скорость транспортирования груза; • Спер = 7,21 р/км – переменные затраты на грузоперевозки; • Сп = 101,7 р/ч. – постоянные затраты на грузоперевозки; Для предоставленных выше технико-эксплуатационных показателей пе-

ревозки грузов построен характеристический график (см. рисунок).

Вывод Для понижения себестоимости грузоперевозок на 10 % необходимо повы-

сить транспортировочную скорость с 28,7 до 43 км/ч, сократить время про-стоя с 0,5 до 0,165 ч, увеличить массу перевозимого груза с 18,144 до 20 т, снизить среднесуточный пробег на 3,3 км.


1. Грузовые автомобильные перевозки : учебник для вузов / А. В. Вельможин, В. А. Гудков, Л. Б. Миротин, А. В. Куликов. – Москва : Горячая линия – Телеком, 2016. – 560 с.

2. Костяев, В. И. Оптимизация технико-эксплуатационных показателей грузопе-ревозок / В. И. Костяев, В. В. Болдырев, А. С. Амирян // Сборник научных статей 2-й Международной научной конференции студентов и молодых ученых. – Изд-во Юго-Западного государственного университета, 2017. – С. 158–161.

3. Волков, В. С. Повышение эффективности грузовых автомобильных перевозок / В. С. Волков, Т. А. Буторин, Г. М. Филатов // Научный журнал № 5. – Воронежская государственная лесотехническая академия Минобразования России, 2013.

213

УДК 628.1

П. Н. Кузнецов Б. А. Якимович, доктор технических наук, профессор

Е. Г. Какушина Севастопольский государственный университет

Э. Р. Музафаров, магистрант Ижевский государственный технический университет


Мобильный многофункциональный комплекс

водо- и энергообеспечения Предложен вариант решения проблемы водо- и энергообеспечения потребителей,

длительное время пребывающих в удалении от доступного водо- и электроснабже-ния, заключающийся в использовании технологиях преобразования энергии солнечного излучения и добычи воды из атмосферного воздуха, основанной на конденсационном методе. С целью обеспечения мобильности и автономности водогенерирующую ус-тановку с накопительными баками предлагается разместить на транспортной платформе с электроприводом, производимой АО «Сарапульский электрогенератор-ный завод». Предлагаемое решение позволит получать в южных регионах России до 3 МВт·ч электроэнергии в год и до 100 л воды в день, что позволит значительно уве-личить интервал пополнения ресурсов или время автономного пребывания.

Ключевые слова: водоснабжение, получение воды из воздуха, конденсационная установка, транспортная платформа, фотоэнергетическая установка.

Введение

Анализ развития современной электроэнергетической отрасли показыва-ет, что в последние годы формируется устойчивый тренд, основанный на эволюционном переходе к интеллектуальным (Smart Grid) и взаимосвязан-ным (Smart Energy) системам энергообеспечения. Одним из важнейших ком-понентов такого перехода является развитие концепции активного потреби-теля, позволяющей не только потреблять электрическую энергии, но и пере-давать ее в сеть, что существенно повышает надежность и экологическую безопасность электроснабжения.

Одним из наиболее удачных примеров реализации данной концепции яв-ляется переход от традиционного транспорта, использующего углеводород-ное топливо, на электрический со встроенной бортовой аккумулирующей и электрогенерирующей установкой, основанной на преобразовании возоб-новляемых источников энергии (ВИЭ). Одними из наиболее перспективных электрогенерирующих источников для применения в мобильных транспорт-

© Кузнецов П. Н., Якимович Б. А., Какушина Е. Г., Музафаров Э. Р., 2021

214

ных средствах являются энергоустановки, преобразующие энергию солнеч-ного излучения. Главными преимуществами этого источника энергии явля-ются доступность, экологичность и надежность, что позволяет использовать его почти в каждой точке планеты, не принося ущерба окружающей среде. Необходимо также отметить, что солнечные энергоустановки имеют модуль-ную конструкцию. Эта особенность позволяет устанавливать фотоэлектриче-ские станции практически на любую мощность, что делает данный источник энергии универсальным, многофункциональным и надежным решением, на-ходящим широкое применение как в небольших автономных системах энер-гообеспечения, так и при промышленной генерации электрической энергии [1].

Проектирование мобильных солнечных энергоустановок При проектировании мобильных солнечных энергоустановок весьма пер-

спективными представляются конструкции, основанные на принципах рас-кладывающихся систем, предусматривающих переконфигурацию фотоэлек-трических модулей в зависимости от режима эксплуатации (рис. 1). Исполь-зование таких схем связанно с ограниченностью площади размещения проектируемой установки и стремлением генерировать большее количества энергии.

Рис. 1. Мобильный комплекс

c раскладывающейся фотоэлектрической установкой

Однако применение таких решений требует развития существующих и создания новых способов экстремального регулирования мощности, спо-собных автоматически адаптироваться под изменяющиеся конфигурации различных фотоэлектрических преобразователей.

В настоящее время в Севастопольском государственном университете в рамках внутреннего гранта реализуется проект, направленный на решение данной задачи, что накладывает необходимость учета всех особенностей ра-боты фотоэлектрических модулей, уделяя при этом особое внимание реали-зации функционала, включающего интеграцию режимов быстрого процесса заряда-разряда бортовых накопителей и технологии V2B & V2G – обмена

215

электроэнергии бортовых накопителей с внешней сетью. В качестве основ-ной транспортной базы для размещения фотоэлектрической установки с из-меняемой конфигурацией и необходимого оборудования была выбрана элек-тротележка с электроприводом серии ЕТ, производимая АО «Сарапульский электрогенераторный завод» [2].

Технология добычи воды из атмосферного воздуха В рамках реализации данного проекта авторами решается еще одна зада-

ча, связанная с получением воды из атмосферного воздуха. Данная проблема является актуальной для войск, находящихся длительное время в полевых условиях, а также для удаленных застав и блокпостов. В настоящее время основными решениями данной проблемы являются добыча воды из подзем-ных и наземных источников, а также подвоз воды. Однако данные способы являются неоптимальными, и зачастую их использование не представляется возможным по причинам отсутствия обеспечения возможности транспортно-го снабжения, отсутствия возможности хранения и транспортировки больших запасов воды, необходимости проведения мероприятий, связанных с очист-кой и обеззараживанием, и других причин [3]. В связи с этим возникает не-обходимость создания новых способов водоснабжения.

Одним из возможных решений этой проблемы является использование технологии добычи воды из атмосферного воздуха, основанной на конденса-ционном методе. Данный метод заключается в изобарном отводе тепла от воздуха, в результате которого происходит снижение его температуры до значения ниже критического состояния (температуры точки росы), что при-водит к образованию капель воды с выпадением их в виде конденсата в уста-новленных центрах конденсации, называемых преградами [4]. Отвод тепло-вой энергии осуществляется при помощи компрессионных теплонасосных установок (ТНУ) [5]. Анализ эффективности работы существующих техниче-ских решений, в основе которых лежит данная технология, показывает, что для получения 80 л воды требуется около 22 кВт·ч электрической энергии при температуре воздуха 28 °C и относительной влажности 75…80 %.

На рисунке 2 приведен график суточной производительности конденса-ционной водогенерирующей установки с номинальной мощностью 900 Вт в зависимости от влажности воздуха.

С целью обеспечения мобильности и удобства эксплуатации в полевых условиях водогенерирующую установку с накопительными баками целесо-образно разместить в виде автономного модуля (контейнера) на транспорт-ной платформе. Энергоснабжение модуля будет осуществляться посредством фотоэлектрических преобразователей общей мощностью 720 Вт, располагае-мых на его верхней части, и аккумуляторной батареи. Одним из главных преимуществ такого решения является автономность, что позволяет не толь-ко упростить интеграцию модуля с электротранспортом, но и не окажет су-щественного влияния на его запас хода.

216

Рис. 2. График зависимости производительности производства воды конденсационным методом в зависимости от влажности воздуха

На рисунке 3 приведен общий вид разрабатываемого модуля, размещен-ного на транспортной базе ЕТ.

Рис. 3. Мобильный комплекс водоопеспечения: 1 – фотоэлектрическая установка; 2 – компрессионная ТНУ; 3 – накопительный бак (2 бака по 200 л); 4 – наружный блок ТНУ (конденсатор); 5 – стойка с аккумуляторными батареями контроллером и преобразователем)

С целью оценки эффективности работы фотоэлектрической установки, расположенной на верхней части модуля, авторами был произведен оценоч-ный расчет их годовой генерации электроэнергии. Результаты расчета пока-зали, что, не смотря на то, что угол установки модулей к горизонту не явля-ется оптимальным (0° вместо оптимального для г. Севастополя 34°) [6], сни-жение среднегодовой энерговыработки составляет не более 15 %. При этом в летнее время года значение генерации находится примерно но одинаковом уровне, что позволяет утверждать о целесообразности данного технического решения.

217

Графики годовой энерговыработки фотоэлектрической установки приве-дены на рисунке 4.

Рис. 4. Графики среднемесячной энерговыработки фотоэлектрической установки:

— при угле установки 0°; --- при угле установки 34°

Результаты расчетов, показывают, что мобильный комплекс позволит про-изводить в солнечный день от 20 до 35 л воды в день. В случае необходимости увеличения производительности комплекса требуется увеличение мощности фотоэлектрической установки. Для решения данной задачи целесообразным является применения раскладывающейся конструкций солнечных модулей. Такая конструкция позволяет получать до 100 л воды в солнечный день.

Заключение и выводы Использование данной технологии хотя и не позволяет полностью обес-

печить электрической энергией и водой воинское подразделение, находящее-ся в полевых условиях, однако может значительно увеличить интервал по-полнения ресурсов или время автономного пребывания.

Необходимо также отметить, что функционал данного решения можно расширить посредством установки рефрижераторного модуля. Такое реше-ние позволит помимо основного назначения (производство холода) также частично решить еще одну немаловажную задачу – эффективное отопление кабины водителя. В основе данного решения лежит принцип работы теплона-сосной установки: низкопотенциальная тепловая энергия, отбираемая из ат-мосферного воздуха, частично передается через теплообменник (конденса-тор) в кабину при более высокой температуре. Использование такой техноло-гии позволит более эффективно использовать электрическую энергию по сравнению с использованием традиционных нагревательных систем, особен-но при температурах окружающей среды от –7 до +14 °C.

218


1. Mayfield, R. Photovoltaic design & installation for DUMMIES. John Wiley & Sons, 2019.

2. Анализ показателей надежности унифицированной машины технологического электротранспорта / Б. А. Якимович, Н. М. Филькин, Р. С. Музафаров [и др.] // Энер-гетические установки и технологии. – 2020. – № 2. – С. 64–70.

3. Способ снабжения подразделений МО РФ пресной водой на основе обработки атмосферного воздуха / С. В. Саркисов, А. П. Гринев, А. В. Подопригора, Г. А. Ершов // Актуальные проблемы военно-научных исследований. – 2019. – № 4 (5). – С. 222–229.

4. Солопова, В. А. Особенности получения воды методом конденсации на террито-рии Оренбургской области / В. А. Солопова, И. Г. Ефремов, И. И. Янбулатов // Вест-ник ОГУ. – 2015. – № 6 (181). – С. 222–229.

5. Цветков, О. Б. Энерго- и экологически эффективные технологии генерации хо-лода и теплоты : монография / О. Б. Цветков, А. В. Бараненко, Ю. А. Лаптев. – Санкт-Петербург : Страта, 2018. – 292 с.

6. Кузнецов, П. Н. Гибридные ветросолнечные энергетические установки / П. Н. Кузнецов, В. В. Чебоксаров, Б. А. Якимович // Вестник ИжГТУ имени М. Т. Калашникова. – 2020. – № 1 (23). – С. 45–53.

219

УДК 621.77.01; 621.01:531.3

А. С. Морозов, аспирант С. А. Морозов, кандидат технических наук, доцент


[email protected], [email protected]

Разработка прогрессивных заготовок для деталей автомобильной промышленности

Обосновано использование торцевой раскатки для изготовления прогрессивных

заготовок для деталей автомобильной промышленности. Отражены способы реализа-ции торцевой раскатки на производстве.

Ключевые слова: очаг деформации, усилие штамповки, пуансон, матрица.

Введение В условиях рыночной экономики проблемы экономии металла, повыше-

ния качества и надежности изделий, увеличения производительности и пере-налаживаемости оборудования выдвигаются на первый план.

В решении этих задач ведущая роль принадлежит обработке металлов давлением (ОМД). Однако использование традиционно сложившихся мето-дов ОМД не всегда является возможным. Так, снижение массы изделия за счет уменьшения относительной толщины заготовок, использование высоко-прочных с малым ресурсом пластичности материалов ставит перед заготови-тельным производством задачи все большей сложности.

В связи с этим неуклонно растет интерес к технологиям, базирующимся на процессах обработки металла пластическим деформированием с более широкими технологическими возможностями, достигаемыми, например, ло-кализацией очага пластической деформации. Как было отмечено в «Ассоциа-ции лиги содействия оборонным предприятиям», для выполнения задач по импортозамещению и диверсификации производств оборонного комплекса торцевая раскатка может сыграть значимую роль в решении этих задач. Это отражено в «Стратегии развития тяжелого машиностроения на период до 2020 года и на перспективу до 2030 года».

Торцевая раскатка: сущность процесс, номенклатура деталей При торцевой раскатке очаг деформации циклически перемещается по

торцу заготовки. Это позволяет значительно уменьшить очаг деформации и усилие для деформирования заготовки. Кинематика движения инструмента при торцевой раскатке обеспечивается линейным перемещением пуансона

© Морозов А. С., Морозов С. А., 2021

220

или матрицы вдоль оси заготовки и вращательным движением пуансона вдоль собственной оси, наклоненной под углом 2…7 градусов относительно оси заготовки (рис. 1).

Рис. 1. Схема торцевой раскатки Очаг деформации носит локальный характер, в нем возникают трения ка-

чения, циклический характер нагружения, что приводит к значительному уменьшению максимальных усилий формоизменения и контактных давле-ний. Способ позволяет деформировать заготовки в штампах, обеспечивая присущие способам штамповки высокие степени заполняемости металлом профилирующих полостей штампа, точность размеров и чистоту обрабаты-ваемой поверхности при относительно небольших усилиях, характерных для ротационных способов обработки. Это позволяет снизить деформирующее усилие в 10…15 раз по сравнению с обычной штамповкой; повысить коэф-фициент использования металла до 0,6…0,9; получать за один переход заго-товки с отношением высоты к диаметру H/D = 0,015…0,1 и со сложной кон-фигурацией [1, 2].

Торцевую раскатку можно осуществить на специализированном оборудо-вании или на универсальном прессе с установкой на нем специальной при-ставки, реализующей кинематику процесса [3].

Существует обширная номенклатура деталей, получаемых торцевой рас-каткой, а также широкий круг потребителей продукции: нефтегазовая, под-шипниковая, инструментальная, химическая, строительная, автомобильная промышленность, ЖКХ, лифтостроение, конвейерное машиностроение, топ-ливная аппаратура.

221

Приведем пример деталей, получаемых торцевой раскаткой, в автомо-бильной промышленности (рис. 2).

В номенклатуре предприятий отрасли существует ряд плоских деталей с тонким полотном, т.е. с малым отношением высоты к диаметру (Н/D < 0,1), штамповка которых требует чрезмерных усилий деформирования вследствие соединения зон деформации, прилегающих к штампам. Это детали типа стержень или кольцо с тонким фланцем, дисковая фреза, звездочка цепных передач, тарельчатые пружины, диски трения, барабаны и др. Для облегчения штамповки деталей с тонким полотном поковки приходится проектировать их с большим припуском по высоте, что приводит к большему объему после-дующей механической обработки и низкому коэффициенту использования металла (КИМ = 0,1…0,3).

Рис. 2. Номенклатура деталей в автомобильной промышленности,

получаемых торцевой раскаткой

Для производства плоских деталей с тонким полотном более рациональна обработка давлением с подвижным локальным очагом деформации. Одним из таких методов является торцевая раскатка. Очаг деформации в данном случае циклически перемещается по торцу заготовки, Зоны затрудненной деформации и силы трения уменьшаются, появляется возможность раскаты-вать тонкие полотна с максимальным приближением формы заготовки к форме детали. Повышается коэффициент использования металла раскатан-ных заготовок до 0,5…0,6, уменьшается трудоемкость механической обра-ботки. Вследствие локального деформирования заготовки не требуется мощ-ного оборудования. Усилие деформирования по сравнению со штамповкой снижается в 10…15 раз [1].

Рассмотрим несколько примеров построения технологий торцевой рас-катки.

222

Кольца постоянной толщины могут быть с относительно малым (< 50 % наружного диаметра) и относительно большим внутренним (> 50 % наружно-го диаметра) диаметрами. Кольца с относительно малым внутренним диамет-ром, например, тарельчатые пружины, могут быть получены с одновремен-ной прошивкой отверстия в заготовке.

При этом на прошивник от выталкивателя подается усилие, равное произ-ведению предела текучести материала заготовки на площадь торца прошив-ника. На первой стадии раскатки усилие, необходимое для деформации цен-тра заготовки, больше усилия, приложенного к прошивнику, поэтому по-следний остается неподвижным (рис. 3, а). На стадии деформации, соответствующей появлению дополнительных напряжений растяжения в центре заготовки, контактные давления в этой области становятся ниже давлений на прошивник, и он начинает перемещение навстречу обкатываю-щему пуансону, оформляя коническое отверстие (рис. 3, б). При смазке вер-шин пуансона прошивника тонкая пленка в центре заготовки разрывается, усилие с прошивника снимается, он возвращается в исходное положение при дальнейшем движении обкатывающего пуансона. Прошитое отверстие при этом увеличивается, так как раскатка идет с широкой формой очага (рис. 3, в). Соотношение наружного и внутреннего диаметров кольца подбирается экспе-риментально изменением угла наклона инструмента в диапазоне от 4 до 10º.

Рис. 3. Технология совместной раскатки и прошивки отверстия: а, б, в – начальная, сред-няя, конечная стадии раскатки соответственно; 1 – матрица; 2 – прошивка; 3 – заготовка; 4 – пуансон

Кольца с относительно большим внутренним диаметром, например, диск трения, могут быть получены раскаткой с одновременным отделением колец от прутка. Исходной заготовкой является пруток с объемом, рассчитанным на несколько колец. Пруток устанавливается в матрицу, выступая из нее на ве-личину объема кольца. При раскатке до степени деформации, соответствую-щей появлению дополнительных напряжений растяжения, в прутке у кромки матрицы образуется увеличивающаяся кольцевая шейка, по которой в даль-нейшем отделяется кольцо от прутка. Пруток снова выдвигают на величину объема кольца, и цикл повторяется.

Профильные диски типа звездочек ценных передач и шестерен оформля-ются в закрытом штампе при γ = 3…5º. Эти детали могут быть получены из

223

круглого проката, однако более предпочтительна полосовая заготовка, впи-сываемая в наружный диаметр детали.

Не круглые в плане детали оформляются в фигурном углублении матрицы пуансоном соответствующей формы, входящим в соединение с матрицей до деформации заготовки. В этом случае площадь заготовки в плане чаще всего равна площади поковки, т. е. при деформации металл только перераспределя-ется по высоте заготовки. Угол наклона инструмента принимается 3°.

Обсуждение полученных результатов Исследована динамика протекания процесса торцевой раскатки с помо-

щью математического и компьютерного моделирования в программе QForm. Это позволяет на стадии проектирования технологии промоделировать про-цесс, выявить дефекты при штамповке, устранить их за счет корректировки инструмента и режимов деформирования, а также решить задачу по оптими-зации параметров, влияющих на деформирование металла [4]. Исследование процесса позволяет определять НДС в инструменте, решить задачу его проч-ности. Эти исследования позволяют нам сформулировать научно обоснован-ные методики по проектированию технологий торцевой раскатки.

Для потенциальных заказчиков предлагается проект участка торцевой раскатки, при необходимости оснащение его необходимым оборудованием. Срок окупаемости участка составляет 1,5…3 года.

Если у заказчика есть гидропресс, предлагается оснастить их приставкой для торцевой раскатки. Получен патент на устройство для торцевой раскатки [5]. Технической задачей, на решение которой направлена заявленная полез-ная модель, является повышение технологичности устройства для штамповки торцевой раскаткой, заключающейся в повышении его эксплуатационных качеств. К ним относятся повышение жесткости конструкции, автоматиче-ское центрирование заготовки и возможность слежения за усилием, прила-гаемым к заготовке при штамповке, за счет применения в конструкции верх-него валкового узла измерительного модуля.

Вывод Таким образом, с помощью торцевой раскатки можно разрабатывать ком-

плексные малопереходные технологии изготовления прогрессивных загото-вок для деталей автомобильной промышленности. Экономический эффект от внедрения рассмотренных процессов достигается за счет снижения нормы расхода материала, повышения коэффициента использования материала, снижения технологической себестоимости.


1. Морозов, С. А. Актуальность и опыт внедрения торцевой раскатки на производ-стве / С. А. Морозов, А. С. Морозов // Интеграция науки, общества, производства и промышленности: проблемы и перспективы : сборник статей международной науч-

224

но-практической конференции (Ирутск, 27 ноября 2019 г.). – Уфа : Аэтерна, 2019. – С. 33–35.

2. Морозов, С. А. Торцевая раскатка сложнопрофильных деталей из алюминиевых сплавов / С. А. Морозов, А. В. Щенятский, А. С. Морозов // Известия Тульского госу-дарственного университета. Технические науки. – 2019. – № 12. – С. 196–199.

3. Морозов, С. А. Реализация торцевой раскатки на универсальном гидропрессе / С. А. Морозов, А. С. Морозов // Техника и технологии машиностроения : материалы IV Международной студенческой научно-практической конференции (Омск, 25–30 марта 2015 г.). – Омск : Изд-во Омского государственного технического университе-та, 2015. – С. 166–169.

4. Морозов, А. С. Параметрическая оптимизация процесса торцевой раскатки дета-ли класса «цилиндрическая с фланцем» / А. С. Морозов, С. А. Морозов, А. В. Щенят-ский // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. – 2020. – № 4. – С. 425–433.

5. Патент на полезную модель 200387 № 2020118826. Устройство для штамповки торцевой раскаткой / Тепин Н. В., Морозов С. А., Михайлов Ю. О., Морозов А. С. – 2020.

225

УДК 629.02

М. Б. Москаленко, магистрант Р. Ю. Добрецов, доктор технических наук, профессор

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, [email protected]

Компоновочная схема электромобиля

Рассмотрены основные компоновочные схемы привода электромобиля. Проанали-

зированы особенности одномоторной, двухмоторной, мотор-колесной схем. Ключевые слова: электромобиль, компоновочная схема, батарея, тяговый элек-

тродвигатель.

Введение Первый этап создания электромобиля заключается в определении концеп-

ции конечного продукта. Необходимо определить параметры электрической силовой установки и всех элементов электросистемы: накопителей энергии, тяговых электродвигателей, вспомогательных электронных блоков и др. В данной работе рассмотрены основные компоновочные схемы, применяе-мые при конструировании электромобиля. Целью данного этапа является выбор компоновочной схемы.

Основными элементами шасси электромобиля являются: тяговый элек-тродвигатель (ТЭД), блок управления, питающая аккумуляторная батарея (АКБ), трансмиссия, блок зарядки, инвертор, система управления вспомога-тельной электроникой [1].

Самыми дорогостоящими элементами остаются АКБ. На сегодняшний день самыми перспективными является два подхода к размещению АКБ на борту автомобиля.

Первый – АКБ находится внутри автомобиля и является несъемной дета-лью. Данная технология получила наибольшее распространение.

Второй – это использование автомобиля как кассеты, т. е. замена разря-женного АКБ на заряженный. Такой вариант позволяет экономить время, не дожидаясь зарядки АКБ, так как в автомобиле этот модуль заменяется за ко-роткий промежуток времени.

Выделяются следующие типы компоновки привода электромобиля (рис. 1).

1. С ТЭД на передней и задней осях (позволяют автомобилю сочетать ха-рактеристики полноприводного автомобиля) (рис. 1, п.п. 2, 5).

2. Вариант с расположением ТЭД только на одной оси (является наиболее экономически выгодным) (рис. 1, п.п. 1, 3).

© Москаленко М. Б., Добрецов Р. Ю., 2021

226

3. Расположение мотор-колеса на каждом ведущем колесе (данный случай является наиболее дорогостоящим, так как требует более дорогостоящего блока управления каждым мотором; вторым важным минусом данной схемы является большая масса мотор-колеса, что ухудшает управляемость на высо-ких скоростях; существуют и другие недостатки) (рис. 2).

Рис. 1. Конфигурации трансмиссии электромобилей:

1 – одномоторная; 2,3 – двухмоторная; 4,5 – с индивидуальным приводом колес

Конфигурации компоновки электромобиля Для электромобилей возможен ряд компоновок ТЭД, что обеспечивает

большую гибкость при компоновке трансмиссии. Компоновки с одним ТЭД (рис. 1 п.п.1), приводящим в движение перед-

нюю или заднюю ось, целесообразно использовать на компактных электро-мобилях класса smart в связи с жесткими габаритными ограничениями. Экс-плуатационные преимущества переднеприводного варианта реализуются

227

и для электромобиля, поэтому предпочтительным оказывается привод на пе-реднюю ось.

Наименее надежной частью электромобиля является силовой блок управ-ления, особое внимание необходимо уделить на распределение нагрузки на такой блок; если он управляет всего одним ТЭД, то такая схема является бо-лее надежной [2].

Рис. 2. Компоновка с мотор-колесами

Компоновка с двумя ТЭД (см. рис. 1, п.п. 2,3) позволяет использовать различные варианты размещения ТЭД. Если каждый ТЭД приводит во вра-щение свою ось, получаем схему с независимым (отключаемым) полным приводом. Данная схема позволяет осуществлять контроль за распределени-ем мощности по ведущим осям.

Второй вариант схемы – оба ТЭД установлены на одну ось для обеспече-ния повышенного крутящего момента. Два ТЭД могут независимо использо-ваться для движения и контролировать распределение мощности между ве-дущими колесами оси (см. рис. 1, п.п. 3,5).

Хотя большинство производителей электромобилей в настоящее время используют конфигурацию с одним ТЭД, конфигурация с двумя ТЭД приме-нима для автомобилей с более высоким крутящим моментом.

228

Альтернативный вариант – использовать отдельный ТЭД для независимо-го привода каждого из четырех колес

Более предпочтительный и рациональный вариант представлен на рисун-ке 1, п.п. 2, 5.

Колесные ТЭД могут быть редукторными или безредукторными. Безре-дукторный вариант может повысить общую эффективность трансмиссии, но появится дополнительная сложность для управляющего контроллера; такое оборудование делает такую систему более сложной. Этот тип конструкции можно отнести к специальным, которым необходима повышенная проходи-мость или наиболее точное управление крутящим моментом.

Для снижения значений неподрессоренных масс и улучшения условий ох-лаждения ТЭД и редукторной части привода колеса целесообразно разме-щать последние на силовых элементах кузова.

В таблице приведены результаты сравнительного анализа вариантов ком-поновки электромобиля.

Возможности схем компоновки электромобиля

Тип компоновочной схемы Достоинства Недостатки

Передний или задний привод с одним ТЭД

Наличие большего про-странства для расположения других компонентов автомо-биля. Сравнительная просто-та конструкции. Высокая надежность трансмиссии

Неравномерная развесовка осей автомобиля. Пробук-совка автомобиля на старте. Ограниченные возможности проходимости. Необходи-мость в системах курсовой устойчивости. Меньшая тя-говая способность

Передний или задний привод с ТЭД на каждый борт

Возможность применения моторов с меньшей мощно-стью. Уменьшение объема, занимаемого ТЭД. Больше свободы при компоновке ку-зова автомобиля

Неравномерная развесовка осей автомобиля. Пробук-совка автомобиля на старте. Ограниченные возможности проходимости. Уменьшенное количество места для ос-тальных компонентов авто-мобиля

Полный привод с одним ТЭД на оси

Возможность реализации «умного» распределения вращающего момента на ка-ждую ось при помощи управляющего блока, приме-нение ТЭД с меньшей мощ-ностью. Сбалансированная развесовка электромобиля

Увеличенная номенклатура и нагрузка электронных бло-ков управления. Увеличение подрессоренной массы транспортного средства

229

Окончание таблицы Тип компоновочной

схемы Достоинства Недостатки

Полный привод с одним ТЭД на одной и двумя вспомогательными ТЭД на другой оси

Повышенные тяговые свой-ства автомобиля. Возмож-ность гибкого распределения нагрузки на каждую ось. На-личие места для вспомога-тельных компонентов

Увеличение расхода энер-гии. Сложность и высокая цена конструкции. Высокая роль блоков управления, контроллеров и распределе-ния энергии. Возможно уменьшение запаса хода из-за высокого потребления энергии. Повышенная общая масса электромобиля

Мотор-колеса на одной оси

Наличие большого про-странства для размещения компонентов. Гармоничное распределение момента на ведущие колеса

Подверженность загрязне-нию элементов в ходе экс-плуатации. Ограниченные параметры компонентов раз-мерами колеса и тормозной системы

Независимый полный привод с мотор-полуосями (индивидуальные ТЭД устанавливаются для привода осей колес)

Возможность изменения частоты вращения и момента на каждом колесе, в следст-вие хорошая управляемость в условиях мокрой погоды и повышенная проходимость. Высокая безопасность дви-жения. Наличие большого пространства для размеще-ния компонентов на борту электромобиля

Увеличение расхода энер-гии. Сложность и высокая цена конструкции. Увеличе-ние номенклатуры электро-техники в зависимости от количества колес. Возможно уменьшение запаса хода из-за высокого потребления энергии. Меньшая надеж-ность электрической систе-мы. Подверженность загряз-нению элементов в ходе экс-плуатации

Более подробно рассмотрим, что в себя включает электронная система

ТЭД. Данная система (рис. 3) состоит из четырех основных блоков: бортовое

зарядное устройство, преобразователь энергии АКБ, понижающий преобра-зователь для вспомогательных устройств, инвертор ТЭД.

Все перечисленные компоненты необходимы для эффективной работы ТЭД и всей электросистемы автомобиля. На электромобиле находится две АКБ: одна выполняет функцию основного питания, другая – вспомогательно-го (предпусковую). ТЭД может использоваться как генератор при рекупера-тивном торможении.

Подразумевается интеграция перечисленных элементов в бортовую сеть и применение современных версий протоколов технологии CAN [3].

230

Рис. 3. Схема основной электроники: 1 – бортовое зарядное устройство, однонаправленный преобразователь; 2 – двусторонний преобразователь батареи; 3 – двусторонний силовой регуля-тор; 4 – однонаправленный понижающий преобразователь

Выводы 1. Оптимальным является расположение ТЭД на передней и задней оси

автомобиля, так как это позволяет увеличить безопасность движения, до-биться высоких динамических характеристик при сохранении надежности привода по сравнению с другими компоновочными схемами. Данная схема применима для широкого ассортимента типов кузовов автомобиля.

2. Остается открытым вопрос размещения АКБ на борту электромобиля в связи с тем, что она занимает наибольшее пространство как отдельный аг-регат, масса которого составляет значительную часть массы электромобиля.

3. Необходимо также учитывать размещение электронных блоков для ка-ждого ТЭД. С учетом больших габаритов АКБ и типов компоновки ТЭД ос-тается не так много пространства внутри электромобиля для размещения блоков управления.


1. Демидов, Н. Н. Конструирование и расчет автомобилей и тракторов. Электро-мобили : учебное пособие / Н. Н. Демидов, А. А. Красильников, А. Д. Элизов. – Санкт-Петербург : Изд-во Политехнического университета, 2016. – 95 с.

2. Shu, X., Guo, Y., Yang, W., Wei, K., Zhu, Y., Zou, H. A Detailed reliability Study of the motor system in pure electric vans by the approach of fault tree analysis. IEEE Access, 2020, vol. 8, pp. 5295-5307. DOI: 10.1109/ACCESS.2019.2963197. DOI: 10.1109/ ACCESS.2019.2963197.

3. Drive motor system for electric vehicles_part1: Speci_cation, document GB/T18488.2. National Standardization Management Committee, China, 2015, pp. 4-15.

231

УДК 621.879.32

А. П. Миллер1, магистрант К. Г. Пугин1, 2, доктор технических наук, профессор Р. Ф. Шаихов1, кандидат технических наук, доцент

1 Пермский государственный аграрно-технологический университет имени академика Д. Н. Прянишникова

2 Волжский государственный университет водного транспорта (Пермский филиал)

[email protected], [email protected], [email protected] Диагностика гидравлических систем технологических машин

с помощью гидравлического удара Расходы на эксплуатацию и содержание экскаваторов в значительной степени

зависят от региона эксплуатации, производителя и типа машины. Наибольшие за-траты приходятся на северные и арктические регионы. Приведен анализ неисправно-стей гидравлических систем экскаваторов, а также лабораторные испытания с искусственным созданием гидравлического удара.

Ключевые слова: технологические машины, экскаватор, гидравлическая система, надежность.

Введение

Для выполнения рабочих операций в экскаваторе используется гидравли-ческий привод, который с развитием электронных систем в настоящее время представляет сложную техническую систему [1–5]. Эксплуатационные рас-ходы в течение всего срока службы единицы техники могут быть в несколько раз выше, чем первоначальная стоимость самого оборудования. Расходы на эксплуатацию и содержание экскаваторов в значительной степени зависят от региона эксплуатации, производителя и типа машины. Наибольшие затраты приходятся на северные и арктические регионы [6–10]. Повысить надежность гидравлических систем и тем самым снизить расходы на проведение внезап-ных ремонтов можно, сосредоточив внимание на диагностике гидравличе-ской системы. Эксплуатационная эффективность экскаваторов тесно связана с надежностью его гидравлической системой. Кроме того, конструкция и ха-рактеристики гидравлической системы влияют на эксплуатационные расходы машины и в конечном итоге на ее жизненный цикл [11–14].

Работа гидромашин в условиях низких температур Использование гидрофицированных машин в условиях низких температур

окружающей среды накладывает ряд ограничений, связанных с повышением вязкости рабочей жидкости и изменением размеров и формы элементов гид-

© Миллер А. П., Пугин К. Г., Шаихов Р. Ф., 2021

232

ромашин и гидроагрегатов, связанных с температурным расширением при изменении температуры. В настоящее время использование синтетических рабочих жидкостей, у которых минимизировано изменение вязкости при из-менении температуры, позволяет решать проблему повышенной вязкости в условиях низких температур. Использование подогревателей в гидробаке также позволяет контролировать вязкость рабочей жидкости на отрезке гид-робак – насос – распределитель. Однако вопрос температурных деформаций и изменения формы при резких колебаниях температуры сопрягаемых дета-лей гидромашин в настоящее время не имеет однозначного решения. Это связано с таким фактом, что ранее гидравлические машины и гидроаппарату-ра выпускались и проектировались с большими технологическими зазорами и повышенным запасом прочности. Снижение материалоемкости и габаритов требует более точного учета температурных изменений размеров и форм де-талей, находящихся в прямом контакте. Это подтверждается исследованиями, проведенными польским исследователем из Гданьского технологического университета на примере аксиально-поршневого гидромотора. Исследования установили, что расход и температура рабочего тела (рабочей жидкости, ис-пользуемой в гидроситеме), начальная температура элементов гидромашин определяют величину изменения осевого и радиального зазоров в сопрягае-мых элементах гидромашин. Был предложен метод, который позволяет опре-делить области правильной и неправильной работы элементов гидромашины во время пуска при значительной разнице температуры гидравлической жид-кости и элементов гидромашин [15, 16].

Лабораторные исследования Лабораторные исследования гидроцилиндров проведены с помощью ис-

следовательского комплекса HERION Fluid TRONIKLS 2000 (рисунок).

Комплекс HERION Fluid TRONIK LS 2000

233

Производились замеры характеристик испытываемого гидроцилиндра (направление перемещения поршня), давления рабочей жидкости в гидро-приводе, падения давления из-за утечек жидкости в нагруженной полости, температуры рабочей жидкости. При проведении эксперимента замерялись параметры переходного динамического процесса при различных значениях структурных параметров гидроцилиндра (износ резиновых уплотнений гид-роцилиндра). Для этого на данную установку в процессе исследований уста-навливались уплотнения гидроцилиндра с разной степенью износа. Результа-ты исследований позволили обосновать новый метод диагностирования гид-роцилиндров.

Для возникновения динамических процессов в напорной полости гидроци-линдра создавался гидроудар с помощью запорного устройства, которое позво-ляло при осуществлении рабочего процесса обеспечить мгновенное перекры-тие сливной магистрали гидроцилиндра. При этом возникали затухающие ко-лебания давления, параметры которого (логарифмический декремент, начальная амплитуда колебаний) определялись при разных объемах рабочей жидкости в напорной полости гидроцилиндра, т. е. при различном положении штока гидроцилиндра, при подъеме и опускании, без груза и с грузом.

В качестве диагностического параметра можно также использовать лога-рифмический декремент затухания колебания давления, а не начальную ампли-туду колебаний, так как его значения более стабильны при разных нагрузках.

Для определения характера изменения логарифмического декремента ко-лебаний и его предельного значения, при котором становится нецелесообраз-ной дальнейшая эксплуатация гидроцилиндра, были проведены исследования гидроцилиндра при различной наработке машины. Для определения лога-рифмического декремента затуханий в гидроцилиндре создавался переход-ный динамический процесс с помощью гидроудара.

Сущность предлагаемого метода диагностирования гидроцилиндров со-стоит в следующем. Напорную полость испытуемого гидроцилиндра запол-няют жидкостью, подаваемой насосом и осуществляют сброс избыточного давления с помощью регулируемого клапана для поддержания определенно-го давления, затем проводят гидроудар в испытуемом гидроцилиндре путем перекрытия движения штока запорным клапаном, в процессе которого заме-ряют с помощью датчиков давления, блока обработки и индикации логариф-мический декремент затухающих колебаний давления жидкости в напорной полости гидроцилиндра; затем, переключая гидрораспределитель, поршень гидроцилиндра перемещают в противоположное положение, и процесс изме-рения логарифмического декремента затухающих колебаний повторяют; по отклонению его от эталонных значений судят о техническом состоянии уп-лотнений поршня, штока и остаточном ресурсе гидроцилиндров. Техниче-ское состояние и остаточный ресурс гидроцилиндров определяются путем сравнения логарифмического декремента затухания, получаемого с помощью гидроудара колебательного процесса, с эталонным значением.

234

Обсуждение результатов исследования и выводы Исследования показали существенную зависимость параметров получае-

мого переходного процесса от температуры рабочей жидкости, причем лога-рифмический коэффициент колебаний и начальная амплитуда колебаний имеют наибольшие значения при низкой температуре (–20 °С). В этой связи диагностирование гидроцилиндров необходимо проводить с учетом темпера-тур рабочей жидкости и окружающей среды.

Результаты исследования показали, что логарифмический коэффициент затуханий и начальная амплитуда колебаний зависят от технического состоя-ния уплотнений гидроцилиндра и температуры. Наиболее информативным диагностическим параметром для косвенного определения технического со-стояния гидроцилиндров в функциональном режиме является логарифмиче-ский декремент затуханий колебаний давления, который и был выбран в ка-честве диагностического для оценки технического состояния гидроцилинд-ров.

Отличительная особенность предлагаемого метода заключается в том, что диагностику гидроцилиндров можно осуществлять в функциональном режи-ме. По отклонению значений логарифмического декремента затуханий пере-ходного процесса, полученных при создании гидроудара, от эталонных при максимальном и минимальном объемах рабочей жидкости в исследуемых полостях можно определять техническое состояние и остаточный ресурс гид-роцилиндров, что повышает точность диагностики.


1. Рынкевич, С. А. Экспериментальные исследования физических свойств гидро-привода мобильной машины / С. А. Рынкевич, И. Ю. Хадкевич // Вестник Белорусско-Российского университета. – 2015. – № 4 (49). – С. 68–78.

2. Пьянзов, С. В. Методика динамической оценки технического состояния объем-ных гидроприводов // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. – 2019. – № 2 (55). – С. 184–191.

3. Пираматов, У. А. Корректировка методов диагностирования гидравлических систем строительно-дорожных машин / У. А. Пираматов, К. Г. Пугин // Строительные и дорожные машины. – 2019. – № 5. – С. 37–41.

4. Пираматов, У. А. Совершенствование гидропривода строительно-дорожных машин с целью повышения надежности / У. А. Пираматов, К. Г. Пугин // Химия. Эко-логия. Урбанистика. – 2020. – Т. 3. – С. 224–228.

5. Шаякбаров, И. Э. Повышение надежности строительно-дорожных машин в ус-ловиях низких температур / И. Э. Шаякбаров, К. Г. Пугин, Д. В. Власов // Химия. Экология. Урбанистика. – 2020. – Т. 3. – С. 279–283.

6. Пираматов, У. А. Повышение эффективности существующих методов диагно-стирования гидропривода строительно-дорожных машин / У. А. Пираматов, К. Г. Пу-гин // Техника и технология транспорта. – 2019. – № 5 (13). – С. 20.

235

7. Чиликин, А. А. Сравнительный анализ современных методов диагностики со-стояния гидравлических систем / А. А. Чиликин, Н. Н. Трушин // Известия Тульского государственного университета. Техническиенауки. – 2014. – № 3. – С. 117–127.

8. Повышение работоспособности гидропривода строительно-дорожных машин / А. Н. Максименко, Г. Л. Антипенко, Д. В. Бездников, В. В. Кутузов // Вестник Бело-русско-Российского университета. – 2007. – № 4. – С. 24–30.

9. Рынкевич, С. А. Экспериментальные исследования физических свойств гидро-привода мобильной машины / С. А. Рынкевич, И. Ю. Хадкевич // Вестник Белорусско-Российского университета. – 2015. – № 4 (49). – С. 68–78.

10. Пьянзов, С. В. Методика динамической оценки технического состояния объем-ных гидроприводов // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. – 2019. – № 2 (55). – С. 184–191.

11. Pugin, K.G. Improving the reliability of hydraulic systems of technological ma-chines. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2020, 971(5), 052042.

12. Piramatov, U.A., Pugin, K.G. Improving the efficiencyof existing methods of diag-nosing the hydraulic drive of road-building machines. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2020, 786(1), 012007.

13. Peng, Y., Dong, M., Zuo, M.J. Current status of machine prognostic in condition based maintenance: a review. International J. of Advanced Manufacture and Technology, 2010, 50(1), pp. 297-313. doi.org/10.1007/s00170-009-2482-0.

14. Guoping, Li & Qingwei, Zhang & Xiao, Ma. Combination of Fault Tree and Neural Networks in Excavator Diagnosis. TELKOMNIKA: Indonesian J. of Electrical Engineering, 2013, 11(4), pp. 1787-1796.

15. Jasiński, R. Problems of the starting and operating of hydraulic components and systems in low ambient temperature (Part Ⅱ). Polish Maritime Research, 2008, vol. 15, pp. 61-72.

16. Jasiński, R. Problems of the starting and operating of hydraulic components and systems in low ambient temperature (Part Ⅲ). Polish Maritime Research, 2009, vol. 16, pp. 22-31.

236

УДК 519.711

В. В. Минин, доктор технических наук, профессор А. И. Петриков, магистрант

Г. А. Кузнецов, кандидат технических наук, доцент Сибирский федеральный университет, Красноярск


Надежность гравитационных бетоносмесителей с полимерными барабанами

Представлена оценка надежности гравитационных бетоносмесителей, основан-

ная на распределении Вейбулла. Для различных режимов нагружения построены зави-симости вероятности безотказной работы от времени, коэффициента готовности от режимов нагружения. Разработанная математическая модель оценки надежно-сти позволяет прогнозировать работоспособность гравитационных бетоносмеси-телей.

Ключевые слова: гравитационный бетоносмеситель, надежность, распределение Вейбулла, коэффициент готовности.

Введение

Надежность вновь созданных бетоносмесителей (рис. 1) с полимерными барабанами [4–7] является одним из важнейших аспектов их потребитель-ских свойств.

а б в

Рис. 1. Гравитационные бетоносмесители с полимерными барабанами: а – БС-25П-220; б – БС-38П-12; в – БС-52П-12

Для моделирования работоспособности с целью прогнозирования показа-телей надежности принята методика государственного стандарта [3]. Счита-

© Минин В. В., Петриков А. И., Кузнецов Г. А., 2021

237

ется [2], что надежность технических объектов обеспечивается безотказно-стью их работы. Показатели следующие: вероятность безотказной работы P(t), средняя наработка до отказа ср ,T интенсивность отказов ( )tλ [2, 3].

Математическая модель работоспособности На надежность бетоносмесителя влияет количественный состав смеши-

ваемых материалов, таких как песок, цемент, щебень, вода. В связи с этим у различных типоразмеров бетносмесителей, работающих в одинаковых ус-ловиях, значения показателей надежности будут отличаться. Принимается, что случайные величины (наработка бетоносмесителя до отказа, число отка-зов) распределены по закону Вейбулла [2].

Вероятность безотказной работы при последовательном соединении эле-ментов [1]:

( )1

exp ,n

i ii

P t t=

⎛ ⎞= − λ⎜ ⎟

⎝ ⎠∑

где ,i itλ – интенсивность отказов и время работы i-го элемента бетоносме-сителя, i = 1, 2, …, n.

Средняя величина наработки:

0

ср1

1 ,N

ii

Т tN =

= ∑

где N – число испытаний наработки до отказа. Интенсивность отказов:

( )ср

1 .tT

λ =

КПД привода бетоносмесителей рассчитывается по формуле

пр э р ,η = η η

где эη – КПД электродвигателя; рη – КПД редуктора. С учетом вероятности безотказной работы и максимально допустимой по-

грешности ( )δ η определим КПД бетоносмесителя:

( )( )( )пр 1 .

1 100%P tδ η

η = −− ⋅

Комплексным показателем оценки надежности является коэффициент го-товности [2, 8], характеризующий вероятность того, что бетоносмеситель окажется работоспособным в произвольный момент времени.

238

После проведения преобразования получена зависимость

( )( )пр

c

1 .1 100%K

δ ηη = −

− ⋅

Коэффициент готовности на определенный момент времени работы бето-носмесителя [8]:

( ) ( )c пр1 1 100% .K ⎡ ⎤= − δ η − η ⋅⎣ ⎦

Результаты экспериментов и выводы Для бетоносмесителей [4–7] проведены вычислительные эксперименты

в среде Mathcad [9], по результатам которых построена зависимость безот-казной работы от времени их работы (рис. 2).

Рис. 2. Вероятность безотказной работы бетоносмесителей

от времени эксплуатации

Проведены физические испытания, по результатам которых наработки на отказ составляют:

1. БС-52П-220 – 300, 340, 270, 250, 320 ч. 2. БС-38П-12 – 190, 210, 180, 220, 200 ч. 3. БС-52П-12– 180, 200, 190, 205, 185 ч. Таким образом, по результатам расчетов средняя наработка до отказа со-

ставила, соответственно, 300, 200, 192 ч, что соответствует теоретическим расчетам.

По результатам математических расчетов построен график зависимости коэффициента готовности от КПД разработанных бетоносмесителей (рис. 2).

239

Исследования наработки бетоносмесителей выявили отсутствие отказов у БС-52П-220, БС-38П-12 и БС-52П-12 на протяжении 300, 200 и 190 ч рабо-ты соответственно.

Разработанная математическая модель надежности бетоносмесителя в среде Mathcad [9] позволяет прогнозировать значения показателей надеж-ности бетоносмесителей на ранних стадиях проектирования.

Рис. 3. Результаты вычислительных экспериментов коэффициента готовности cK

от КПД разработанных бетоносмесителей


1. Минин, В. В. Концепция повышения эффективности универсальных малогаба-ритных погрузчиков : монография. – Красноярск : Сибирский федеральный универси-тет, 2012. – 304 с.

2. Зорин, В. А. Основы работоспособности технических систем: Учебник для ву-зов. М.: ООО «Магистр-Пресс». 2005. 536 с.

3. ГОСТ Р 27.013–2019. Надежность в технике. Методы оценки показателей на-дежности / утвержден приказом Росстандарта от 28 ноября 2019 года № 1274-ст.

4. Кузнецов, Г. А. Исследование типоразмеров гравитационных бетоносмесителей по объему барабана // Научное обозрение. – 2014. – № 6. – С. 64–70.

5. Минин, В. В. Определение рациональных параметров бетоносмесителей для ма-логабаритных машин / В. В. Минин, С. Ф. Зяблов // Интерстроймех – 2014 : материалы международной научно-технической конференции (Самара, 9–11 сентября 2014 г.). – Самарский политехнический институт, 2014. – С. 55–58.

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

Коэф

фициент

готовности

Kc

КПД, η

БС-58П-220 БС-38П-122 БС-58П-123

240

6. Минин, В. В. Методика и результаты энергоресурсосберегающих технологий малогабаритных бетоносмесителей / В. В. Минин, С. Ф. Зяблов, М. Ю. Раилко // Энергоресурсосберегающие технологии и оборудование в дорожной и строительных отраслях : материалы международной научно-практической конференции (Белгород, 21–22 сентября 2017 г.). – Белгородский государственный технологический универси-тет им. В. Г. Шухова, 2017. – С. 156–161.

7. Минин, В. В. Нанотехнологии при проектировании малогабаритных бетоносме-сителей / В. В. Минин, С. Ф. Зяблов, А. И. Петриков // Интерстроймех – 2020 : мате-риалы международной научно-технической конференции (Самара, 17–18 декабря 2020 г.). – Самарский политехнический институт, 2020. – С. 58–63.

8. Гринчар, Н. Г. О влиянии погрешности измерения объемного КПД гидроприво-да при диагностике на прогнозирование коэффициента готовности // Механизация строительства. – 2006. – № 6. – С. 15–16.

9. Кудрявцев, Е. М. Mathcad 11: Полное руководство по русской версии. – Москва : Пресс, 2005. – 592 с.

241

УДК 656.014

Э. Р. Музафаров, магистрант Ижевский государственный технический университет


Аналитический обзор инфраструктуры для электротранспорта

Проведен анализ инфраструктуры, необходимой для дальнейшего увеличения ко-

личества электротранспорта в транспортной системе Российской Федерации. Рас-смотрены требования существующих конструкций электротранспорта к зарядоч-ным станциям. Изучены конструкции автомобильных электрозарядочных станций (АЭЗС). Проведено сравнение существующих типов АЭЗС. Приведены российские производители элементной базы инфраструктуры для электротранспорта. Сделано заключение о текущем состоянии и перспективах развития отрасли в России.

Ключевые слова: электротранспорт, зарядные станции, инфраструктура электро-транспорта, тяговые батареи.

Введение

По разным данным, среднее количество электромобилей в мире составля-ет чуть более 1 % от общего количества автотранспорта. На российских до-рогах этот показатель еще меньше. Но при этом за 15 лет количество элек-тромобилей выросло в 7 тысяч раз, значит, электротранспорт имеет заметную тенденцию к увеличению своего присутствия на дорогах. Причем увеличива-ется доля электротранспорта как в частном сегменте, так и в направлении коммерческого транспорта. Увеличивающийся рынок электротранспорта требует создания соответствующей инфраструктуры для возможности экс-плуатации машин в реальных условиях [1].

Виды электротранспорта, его преимущества и проблемы Для понимания требований к инфраструктуре необходимо понимать за-

просы на машины, которые в этой инфраструктуре будут эксплуатироваться. Электротранспорт можно разделить на две группы: оснащенные топливными элементами и оснащенные аккумуляторными батареями.

Первые, как и классические ДВС, требуют дозаправки топливных элемен-тов, но в отличие от них при преобразовании химической энергии в электри-ческую не происходит термического преобразования, за счет чего имеет ме-сто больший КПД.

В таких системах топливо реагирует с окислителем часто в присутствии катализатора; чаще всего это дорогостоящая платина, платиноиды или их

© Музафаров Э. Р., 2021

242

сплавы, но есть примеры использования более дешевых материалов, напри-мер, сплава кобальта и иридия.

Не рассматривая подробно конструктивные особенности, проблемы и преимущества для таких систем, необходимо заметить, что сегодня сущест-вует циклическая проблема – водородные заправочные станции не строятся, так как нет потребителей, а сам водородный транспорт имеет низкую попу-лярность из-за отсутствия инфраструктуры.

В меньшей степени, но существует эта проблема и у аккумуляторных электромобилей. Повсеместная электрификация населенных пунктов позво-ляет владельцам частных домов использовать общественные сети электропе-редачи для зарядки своего автомобиля. Для некоторых владельцев электро-транспорта, проживающих в условиях современной городской застройки, возможна зарядка автомобиля в исчезающих гаражных кооперативах или возможность установки зарядного устройства на своем месте в подземном паркинге.

Путешествия на электротранспорте Но сегодня в России электротранспорт мало подходит для путешествий на

дальние расстояния. Так, количество зарядочных станций в Москве составля-ет порядка 200, при этом в провинции не всегда можно найти ЭЗС. Для меж-дугородних поездок ситуация обстоит еще хуже. Если найти розетку питания электросети 220 В сегодня можно почти в каждом населенном пункте, то найти общественную станцию ускоренной или быстрой зарядки даже в горо-дах сложно.

Для примера рассмотрим маршрут Ижевск – Казань, длиной примерно 400 км. Наиболее популярный в России электромобиль – Nissan Leaf [1] – может проехать без подзарядки, в зависимости от года выпуска и комплекта-ции, до 150, 250 или 350 км. Для наглядности сравним с построенным на од-ной базе бензиновым Nissan Note с объемом бака 46 л и расходом в смешан-ном режиме езды 7 л топлива на 100 км [2].

Используя данные сервиса по поиску зарядных станций Plug Share, соста-вим маршрут для каждой модификации автомобиля. Ближайшую от Ижевска зарядочную станцию сервис нашел на расстоянии 258 километров. Кафе предлагает к услугам своих посетителей обыкновенную розетку за неуказанное вознаграждение. Так как только одна модификация может доехать без подзарядки до указанного места, самостоятельно скорректируем маршрут, предполагая, что в населенных пунктах можно будет найти место для зарядки от бытовой электросети (рис. 1, 2).

По данным Nissan, время полной зарядки автомобиля штатным зарядным устройством от бытовой сети 220 В – 8 ч. Учитывая это, составим таблицу времени в пути (табл. 1).

Результат получился наглядный. Междугородняя поездка на электромо-биле займет в более чем в 2 раза больше времени.

243

Рис. 1. Маршрут Ижевск – Казань с предлагаемыми местами зарядки

Рис. 2. Маршрут Ижевск – Казань с возможными местами зарядки

Таблица 1. Маршрут Ижевск – Казань с возможными местами зарядки

Модель а/м Предельныйпробег, км

Время в пути при средней скорости 70 км/ч, ч Ижевск Можга Елабуга Кафе Газпром Казань

0 км 95 98 77 109 46 Leaf,

2011 г.в. 120 0:00 1,37 10,77 19,87 29,42 38,09

Leaf, 2018 г.в. 250 0:00 1,37 2,77 11,87 13,42 14,10

Leafe+, 2020 г.в. 350 0:00 1,37 2,77 3,87 13,42 14,10

Note, 2008 г.в. 650 0:00 1,37 2,77 3,87 5,42 6,07

244

Предположим, что на всех пунктах установили зарядную станцию Fast Charge, которая позволяет зарядить автомобиль до 80 % за 30 мин. Пересчи-таем время в пути для такого мало реалистичного сценария развития инфра-структуры (табл. 2).

Таблица 2. Маршрут Ижевск – Казань с ЭЗС быстрой зарядки

Модель а/м Предельныйпробег, км

Время в пути при средней скорости 70 км/ч, ч Ижевск Можга Елабуга Кафе Газпром Казань

0 км 95 98 77 109 46 Leaf,

2011 г.в. 120 0:00 1,37 3,27 4,87 6,92 8,07

Leaf, 2018 г.в. 250 0:00 1,37 2,77 4,37 5,92 6,57

Leafe+, 2020 г.в. 350 0:00 1,37 2,77 3,87 5,92 6,57

Note, 008 г.в. 650 0:00 1,37 2,77 3,87 5,42 6,07

Видно, что разница во времени для этого маршрута для современного

электромобиля среднего ценового сегмента составит всего 8 %, для подер-жанного – 32 %.

Из приведенных таблиц видно, какую большую роль играет инфраструк-тура в развитии электротранспорта.

Автозарядные станции и проблемы их организации Автозарядные станции, значительно отличаются от автозаправочных

станций конструктивно, режимами эксплуатации, степенью автономности, правовыме регулированием и экономической моделью этого бизнеса.

Конструктивное отличие выражается в том, что еще не до конца сформу-лирована система стандартов. Различные автопроизводители до сих пор не приняли единый разъем зарядки. Кроме того, они отличаются даже на одной модели одного производителя в зависимости от страны или региона. Учиты-вая, что подобная проблема для штепсельных соединений переменного тока существует уже более ста лет, можно надеяться на то, что опыт унификации классического автомобильного рынка позволит ускорить процесс сведения разъемов к единому стандарту.

На сегодняшний день активно применяются 8 разъемов для зарядки элек-тромобилей (рис. 3). Стандартизация вилок и розеток на зарядных станциях осуществляется на основании ГОСТ Р МЭК 62196-1–2013 и ГОСТ Р МЭК 62196-2–2013 «Вилки, штепсельные розетки, соединители и вводы для транс-портных средств. Кондуктивная зарядка для электромобилей», части 1 и 2. Эти стандарты являются адаптацией стандарта Международной электротехниче-ской комиссии (МЭК) IEC 62196-1 и IEC 62196-2. В них описаны разъемы, получившие наибольшее распространение; но существуют и проприоритар-

245

ные разъемы, например Tesla Supercharger. Для этого разъема требования к формфактору нормируются внутренними документами компании Tesla.

Разъемы Type 1 J1772 и Type 2 (Mennekes) применяются в основном для обычной зарядки с мощностью до 7,4 кВт однофазной сети и до 43 кВт трех-фазной. Type 1 – наиболее распространен на американском рынке, Type 2 – на европейском и азиатском рынках.

Рис. 3. Силуэты наиболее распространенных зарядных коннекторов

для электромобилей [6]

CHAdeMO – разъем, рассчитанный для работы с постоянным током, бы-строй и сверхбыстрой зарядки, способный работать с мощностями до 400 кВт, применяется для тяжелого транспорта – грузовики, автобусы.

CCS Combo – универсальный разъем, который может применяться как для переменного, так и для постоянного тока, в режиме быстрой или медленной зарядки. Гнездо CCS Combo совместимо с разъемами Type-1 (SAE) и Type-2 (CCS). Если говорить об отечественном рынке, то официально на 2021 г. по-ставляются только 4 электромобиля, которые, как и наиболее популярный на вторичном рынке Nissan Leaf, так и новый отечественный прототип «Кама-1», имеют разъем CCS Combo Type 2.

GB/T – от Guobiao standards. Китайский стандарт, получивший наиболь-шее распространение на внутреннем китайском рынке. Стандарт предусмат-ривает два разъема для медленной зарядки от сети переменного тока и быст-рой зарядки от зарядочного устройства постоянного тока. Разрабатываемая редакция стандарта будет рассчитана на мощности до 900 кВт.

Проблема разных форм факторов зарядочных станций не столь велика, как может казаться. Тихий и Атлантический океаны физически разделили евразийский и американский рынки, благодаря чему при дальних поездках по

246

континентам проблема с разъемами будет не так актуальна, как проблема поиска зарядных станций, а в некоторых частных случаях можно использо-вать переходники, позволяющие зарядить электромобиль от имеющейся ря-дом зарядной станции.

Классы (или виды) зарядных станций для электромобилей в России рег-ламентируются ГОСТ Р МЭК 61851-1–2013 «Системы токопроводящей за-рядки электромобилей», который является адаптацией международного стан-дарта IEC 61851-1. Этот стандарт подразделяет зарядные станции на 4 вида:

1) подключение к обычной бытовой сети, ток ограничен 16 А. Напряже-ние для переменного однофазного тока не более 250 В, для трехфазного – не более 480 В;

2) ток 32 А, а в зарядном кабеле используется встроенная система защиты; 3) быстрая зарядка высоким напряжением и током (400…600 В

и 250…400 А), а бортовое зарядное устройство автомобиля подключается к сети переменного тока. При наличии трехфазной сети мощности зарядку для этого вида можно установить в гараже;

4) те же условия, что для третьего вида, но зарядка происходит от внеш-него источника постоянного тока.

Для США классификация отличается. В первую очередь из-за отличий в стандартах. Американские электросети используют 110 В, в то время как в России и большей части Европы – 230 В, из-за чего 1-й тип американской классификации допускает куда меньшие нагрузки на систему. По IEC для зарядок от второго класса и далее обязательно использование цепи управле-ния, которая контролирует целостность проводника, защитного заземления, правильность подключения, зарядный ток, управляет подключением напря-жения; 2-й и 3-й могут осуществлять передачу данных, что позволяет транс-портному средству управлять внешним зарядным устройством. Обмен дан-ными обязателен для 4-го вида зарядных станций. Зарядные станции 3-го и 4-го класса способны зарядить аккумулятор 100 кВт до 80 % за 30 мин, далее за-рядка происходит существенно сниженным током для уменьшения износа аккумуляторных батарей.

Зарядные станции сегодня имеют широкий спектр характеристик. Так, выходная мощность варьируется в диапазоне от 0,7 кВт для встроенных за-рядных систем электромобилей, которые питаются от бытовой энергосети США 110 В, до систем быстрой зарядки постоянного тока, развивающих мощность 450 кВт.

Кроме того, ЭЗС можно классифицировать на ручные и автоматические с использованием кабеля (рис. 4) или индукционной платформы. Это влияет на стоимость и область применения станции. Не так много электромобилей оснащено оборудованием для автоматической или беспроводной зарядки. Чаще всего такие системы устанавливают на специальном технологическом электротранспорте, который используется коммерческими предприятиями, например, электробусы и складской электротранспорт.

247

Рис. 4. Электробус на специальной ЭЗС [2]

Беспроводные и быстрозарядные, мобильные и транспортируемые зарядные станции

Беспроводные зарядные платформы основаны на принципе магнитной индукции. Базовая станция монтируется на парковочном месте, а приемник устанавливается под днище электрокара. Израильская компания Electreon, применила эту технологию на участках дороги, благодаря чему появилась возможность заряжать транспорт во время движения на скорости менее 60 км/ч. Они уже строят экспериментальные трассы, в частности в Израиле, Германии, Швеции и Италии, со специальными полосами для безостановоч-ной зарядки (рис. 5).

Рис. 5. Строительство участка электротрассы [7]

248

Стоит отметить, что при очевидном преимуществе быстрой зарядки – это сокращение времени зарядки более чем в 4 раза – такие высокие токи и мощ-ности оказывают существенное негативное влияние на емкость аккумулятор-ных батарей. Исследование, проведенное Мюнхенским техническим универ-ситетом, говорит о том, что использование протоколов быстрой зарядки ус-коряет процессы деградации литий-ионных (li-ion) и литий-полимерных (li-pol) аккумуляторов. Так, одна ячейка li-ion теряет 30 % емкости за 800 циклов при зарядке 3 ампера, и только 600 циклов при зарядке 5 ампер.

Больше всего падение характеристик вызывает перезаряд батарей. В та-ком случае происходит образование дендритов и выделение большого коли-чества тепла, что может спровоцировать спонтанное возгорание. Для всех классов зарядных станций существует требование об установке ограничите-лей заряда, для контроля и недопустимости перезаряда [4].

Еще более быстрая зарядка ускоряет износ аккумулятора при температуре ниже +5 oC и для батарей, находящихся в эксплуатации долгое время. За счет возросшего внутреннего сопротивления батареи неравномерность нагрузки существенно возрастает. Оба этих фактора имеют большое значение на тер-ритории РФ, где среднегодовая температура воздуха составляет −5,5 °С, а анализ парка электромобилей показал, что средний возраст электромобилей порядка 5 лет, а около 75 % электромобилей превысили 6-летний рубеж [1].

Несмотря на это, применение быстрых зарядочных станций является пер-спективным и востребованным направлением. Проводятся исследования в направлении уменьшения негативных последствий быстрых режимов за-рядки; так, например, развивается направление литий-титанатных АКБ. Они имеют большее по сравнению с li-ion количество циклов зарядки до сущест-венного падения емкости и менее подвержены деградации при зарядке высо-кими токами. Такие аккумуляторы применяются, например, в московских электробусах [5].

Сегодня станции быстрой зарядки в большей мере являются узлами не ежедневного использования и активнее применяются на междугородних трассах для дозарядки в пути следования. В городской среде такие станции больше ориентированы на демонстрацию технологии привлечения внима-ния. Хотя со временем могут стать объектами экстренной зарядки при воз-никновении у потребителей соответствующей необходимости. С другой стороны, медленная зарядка у владельцев электротранспорта происходит на домашней базе. Для частных лиц это гараж или частный дом, специально оборудованное парковочное место; для коммерческого транспорта – заря-дочные пункты или свои зарядочные станции. Но стоит выделить тех, кто не имеет персонального парковочного места; с учетом вышеописанного распределение медленных и быстрых зарядных станций должно иметь рас-пределение 70/30, где меньшая доля у быстрых зарядных станций. Это под-тверждают данные статистики: в Москве только 30 % зарядных станций мощностью более 22 кВт [1].

249

Еще одним интересным направлением могут быть мобильные и транспор-тируемые зарядные станции. Мобильные могут «приехать» к разрядившему-ся электромобилю в любую точку, а транспортируемые могут перемещаться в пределах стоянки или парковки от одного парковочного места к другому.

Экономическая модель электрозарядочных станций Экономическая модель сети электрозарядочных станций существенно от-

личается от автозаправочных. Возможность установить зарядный пост в лю-бом месте, где есть стабильная электросеть, отсутствие особых противопо-жарных требований и необходимости постоянно доставлять топливо говорит о схожести с вендинговыми и парковочными автоматами, а длительное время зарядки делает более целесообразной установку АЭЗС около мест, где люди находятся более двух часов, – стоянки, парковки промышленных предпри-ятий, офисных центов и крупных торговые центры. Для последних это также выгодно, так как привлекает дополнительных клиентов и определяет выбор торгового центра для многих владельцев электромобилей.

Описанные выше особенности ЭЗС позволяют реализовывать несколько экономических стратегий, например: сеть заправочных станций, объединен-ных единым брендом, франшиза от производителя зарядочных станций, соб-ственная сеть заправочных станций от производителя и др.

На сегодняшний день в России существует порядка десяти производите-лей зарядочных станций. Ростех активно продвигает на российский рынок разработки дочерней компании АО «Концерн «Радиоэлектронные техноло-гии» (КРЭТ), зарядные станции СКТ.

КРЭТ начал производство в 2014 г., основываясь на опыте производства сварочных инверторов. Их продукция охватывает все 4 класса зарядных станций (рис. 6).

Рис. 6. Продуктовая линейка завода КРЭТ [8]

Обладая хорошей производственной базой, АО «ГРПЗ» (Рязань) активно продает свои станции по всем направлениям: модель ИЭЗС для частных лиц, серия «Фора», для общественных пространств. На 2021 г. установлено около

250

100 активно использующихся станций по всей России для частных, муници-пальных и государственных, крупных электротранспортных парков, напри-мер, ГУП «Мосгортранс».

Кроме аппаратной части в инфраструктуре электромобилей существенное значение имеет информационная составляющая, Поэтому КРЭТ не только разработал зарядочные станции, но и объединил все свои станции в сеть, по-сле чего создал единое информационное пространство и удобные интерфей-сы, позволяющие мониторить данные о состоянии и использовании зарядоч-ных станций, а для коммерческих – забронировать и оплатить онлайн наибо-лее удобную для пользователя АЭЗС (рис. 7).

Рис. 7. Интерфейс приложения «Фора»

Похожие решения предлагают фирмы Rewatt (Москва), Touch и «Яблоч-ков» (Санкт-Петербург) и зарубежные компании: немецкая Siemens, фран-цузская Schneider Electric, швейцарская ABB, итальянская ENEL и др. Кроме того, есть компании, специализирующиеся только на производстве зарядных станций, например, «ПСС» (Пермь), и стартапы, занимающиеся только ин-формационной структурой, например, ZEVS (Санкт-Петербург). При этом несколько заводов еще не анонсировали свои решения, но занимаются разра-ботками в этом направлении.

Заключение Подводя итоги, можно сказать, что электротранспорт активно развивается

в направлении конструкции электромобиля: исследуются, разрабатываются и внедряются новые технологии в области аккумуляторных батарей, интег-рированных систем зарядки автомобиля; а также в направлении автомобиль-ных электрозарядочных систем, где происходят процессы стандартизации

251

решений, улучшаются технологии быстрой зарядки, рассматриваются бес-проводные технологии зарядки и др. Эти процессы образуют единую инфра-структуру, состоящую из производителей электромобилей, их владельцев и водителей, производителей заправочных станций, разработчиков информа-ционных систем и государственного регулятора. Благодаря такому взаимо-действию, электротранспортная отрасль в России будет развиваться еще с большей скоростью и расширять области применения не только за счет бо-лее дешевой эксплуатационной стоимости, но и за счет большего комфорта во владении.


1. Структура и прогноз парка легковых автомобилей в России. Итоги 2020 года: тенденции и перспективы. – Аналитическое агентство «АВТОСТАТ», 2021. – 63 с.

2. Электромобили и беспилотный транспорт : аналитический отчет ГБУ «Агентст-во промышленного развития города Москвы», 2021. – 114 с.

3. ГОСТРМЭК 61851-1–2013. Системы токопроводящей зарядки электромобилей. 4. Keil, P., Jossen, A. Charging Protocols for Lithium-Ion Batteries and Their Impact on

Cycle Life - An Experimental Study with Different 18650 High-Power Cells. J. of Energy Storage, 2016, vol. 6, pp. 125-141.

5. Итоги работы транспортного комплекса города Москвы за 2019 год и планы на 2020. – Московский транспорт, 2019. – 28 с.

6. Cheng, W., Wang, Y. How to Make the Charging Simple, Convenient and Efficient February 2020. Belarusian National Technical University in Science & Technique, 2020, vol.19, pp. 76-84.

7. CHARLIE LEVINE. Electreon. Meet the Future of EV Charging. Charging the Fu-ture of EVs presentation 10 slide.

8. Ростех наладит выпуск ультрабыстрых зарядных станций для электротранспор-та. – URL: http://www.rostec.ru (дата обращения: 23.04.2021).

252

УДК 629.113

Э. Р. Музафаров, магистрант Н. М. Филькин, доктор технических наук, профессор Р. С. Музафаров, кандидат технических наук, доцент Ижевский государственный технический университет

имени М. Т. Калашникова [email protected], [email protected], [email protected]

Проблемы создания беспилотной системы управления

для унифицированной машины технологического электротранспорта

Рассмотрена необходимость создания беспилотной системы управления (БСУ)

для унифицированной машины технологического электротранспорта (УМТЭТ), зада-чи, возникающие при создании БСУ УМТЭТ. Проведено сравнение существующих элементов конструкции беспилотных систем.

Ключевые слова: беспилотный колесный транспорт, машина технологическая, электротранспорт, автоматизация.

Введение

Сегодня очевидным кажется движение в сторону повышения степени ав-томатизации всех элементов человеческой деятельности. Промышленность постепенно переходит в процесс цифровизации.

Транспортные системы производства непрерывно развиваются. Результа-том развития стало появление конвейерных систем. Конвейерные системы, при всех своих плюсах имеют значительные недостатки: большая цена за метр маршрута и жесткость системы. Жесткость системы означает, что при необходимости изменения маршрута необходимо затратить большое число человеко-часов для работ по перенастройке. Кроме того, выполнение задач за пределами заранее созданного маршрута для конвейерных систем не является возможным. Решением этих проблем является применение наземного колес-ного транспорта.

Системы беспилотного управления движением колесных транспортных средств

Такие системы в последнее десятилетие активно развиваются в направле-нии разрабатываемых технологий. В связи с этим появляются первые стан-дарты для беспилотных транспортных средств. В России таких стандартов пока не создано. Но есть Распоряжение Правительства РФ от 25 марта 2020 г. № 724-р «О концепции обеспечения безопасности дорожного движения

© Музафаров Э. Р., Филькин Н. М., Музафаров Р. С., 2021

253

с участием беспилотных транспортных средств на автомобильных дорогах общего пользования».

Согласно этому распоряжению есть 5 уровней автоматизации вождения: уровень 0 – отсутствие автоматизации вождения; уровень 1 – помощь води-телю; уровень 2 – частичная автоматизация вождения; уровень 3 – условная автоматизация вождения; уровень 4 – высокая автоматизация вождения; уро-вень 5 – полная автоматизация вождения [1].

Особенностью технологического транспорта являются гибкие возможно-сти его использования для широкого спектра задач. Это связано с тем, что технологическая транспортная платформа может использовать различное навесное технологическое оборудование, управление которым также необхо-димо автоматизировать. Очевидно, что это усложняет всю систему, но и по-зволяет значительно увеличить ее возможности.

Для создания такого роботизированного транспортного средства хорошей базой станет унифицированная машина технологического электротранспорта (УМТЭТ) (рис. 1). Ее модульная система позволит включить в состав набор необходимого оборудования, а электрическая силовая установка позволяет легко внедрить систему беспилотного управления движением.

Рис. 1. Вариант комплектации УМТЭТ [2]

Принципиальная схема беспилотного автомобиля Рассмотрим принципиальную схему беспилотного автомобиля (рис. 2). Исполнительный блок включает в себя электронные системы управления

двигателем и трансмиссией, саму энергосиловую установку, электропривод руля, тормоза и др. – то, что напрямую влияет на изменение вектора движения транспортного средства. Блок датчиков собирает всю информацию о состоянии системы в данный момент. Блок обработки данных преобразует входящие дан-ные в управляющий сигнал, который передается на исполнительный блок.

254

Рис. 2. Принципиальная схема беспилотного управления

Далее подробнее рассмотрим блок датчиков, необходимых для распозна-вания процессов, происходящих в системе.

Как уже упоминалось ранее, отличием простого автомобиля от техноло-гического является использование навесного оборудования, как, например, у роботизированного манипулятора KUKA Roboter [3] (рис. 3). Рассмотрим набор необходимых элементов для автоматизации выполнения различных операций наземным транспортным средством с установленным на нем навес-ным оборудованием.

Рис. 3. Роботизированный манипулятор KUKA Roboter

на подвижной платформе

255

Сначала необходимо проанализировать задачи, стоящие перед машиной, что позволит создать алгоритм, по которому они будут исполняться, а также даст понятие о том, что именно необходимо для их решения.

В список задач для беспилотной машины технологического транспорта на предприятии могут входить следующие работы: погрузка и разгрузка грузов (в режиме штабелера или ожидания); очистка территории от снега или пыли; перевозка пассажиров; перевозка грузов с определенными условиями и др. Такой широкий спектр задач, выполняемый УМТЭТ с БСУ, достигается за счет модульности системы [4].

Следовательно, работа с датчиками системы должна быть гибкой, адап-тивной, без жесткой привязки к их набору или расположению. Например, при погрузке в режиме штабелера необходимо учитывать данные о весе груза, чтобы не допустить опрокидывания, значит, необходимы датчик загрузки оси. Очистка территории может производиться только там, где действитель-но в этом есть необходимость, следовательно, должна быть видеокамера и программный модуль распознавания изображений, что позволит умень-шить расход электроэнергии на выполнение работы. Кроме того, может воз-никнуть необходимость перевозки с определенными условиями, например, транспортировка антиковидной вакцины «Спутник V» при температуре от 2 до 8 oC, значит, необходимо контролировать температуру в рефрижератор-ном фургоне, следовательно, возникает необходимость в термодатчике.

Но для всех этих задач общей является необходимость перемещения. Для выполнения этой работы существует уже ставший стандартным в индустрии набор датчиков, который можно разделить на две группы: контроль внутрен-него состояния и анализ внешних данных. В первую группу входят датчики скорости, положения и др.; информация с таких систем является частью сис-темы обратной связи. Вторая группа – это камеры, радары, лидары, сонары, инфракрасные камеры; они дают информацию о том, что происходит вокруг. Рассмотрим их подробнее.

Камеры позволяют получить данные о мире в видимом диапазоне. Они дают большой поток информации, но для его обработки нужны большие мощности и сложные алгоритмы. Кроме того, алгоритмы обработки инфор-мации с видео имеют слишком большой риск ошибки, хотя и могут класси-фицировать объекты на уровне грузовой автомобиль – легковой автомобиль – мотоцикл – велосипед – пешеход». Кроме того, на камеры влияет освещен-ность, погодные условия и цветность объекта.

Часть из этих проблем решает радар; например, можно почти мгновенно получить информацию о расстоянии до объекта и его скорости. На их работу не влияет время суток и (не так существенно) погодные условия. Однако ра-дары стоят дороже камеры, и угол их обзора сужается при увеличении дис-танции до объекта.

На сегодняшний день информации с камеры и радара достаточно для обеспечения 4-й степени автоматизации транспортного средства; применение

256

других типов датчиков расширяет возможности беспилотного транспорта, и, возможно, на основе следующих технологий будет сделан шаг к полному отказу от водителя.

Лидар – наиболее перспективное направление, позволяет решить пробле-му радара с дальностью, а также обладает очень высокой точностью данных. Но стоимость лидара примерно в десять выше, чем у радара, а существующие методы понижения их стоимости приводят к значительному уменьшению качества, нивелирующему все преимущества.

Сонары уже много лет применяются на автомобилях. Парктроники позво-ляют получить информацию о приближении к какому-то объекту вне зоны видимости водителя. Низкая стоимость позволяет использовать их в несколь-ких точках автомобиля, но низкая дальность действия не может позволить им заменить радары.

Инфракрасные камеры чаще применяются как дополнение к обычным, позволяют видеть через туман и в темных участках, но качество изображения значительно уменьшается по мере увеличения дальности, и можно не разли-чить некоторые объекты.

Заключение Все это говорит о том, что для решения различных задач существуют раз-

личные элементы, комбинируя которые можно получить наиболее выгодную в конкретном случае систему. Причем не только ценой ограничено количест-во датчиков, но и скоростью отклика системы. Чем больше данных мы про-пускаем через нее, тем больше времени займет их обработка. Найти наиболее оптимальное решение для взаимодействия нескольких датчиков является еще одной задачей на пути создания беспилотной системы наземного транспорта.

Проведенный анализ необходимых компонентов позволяет провести в дальнейшем более подробный анализ конструкции системы. Создание гиб-кой модульной системы позволит подстроить под требования заказчика по-купаемую им технологическую машину без дополнительных затрат со сторо-ны производителя, что даст более конкурентную цену, а также позволит по-купателю выбрать именно тот уровень автоматизации, который необходим.


1. Распоряжение Правительства РФ от 25 марта 2020 г. № 724-р «О концепции обеспечения безопасности дорожного движения с участием беспилотных транспорт-ных средств на автомобильных дорогах общего пользования».

2. Анализ показателей надежности унифицированной машины технологического электротранспорта / Б. А. Якимович, Н. М. Филькин, Р. С. Музафаров, П. Н. Кузнецов, Н. Н. Смокталь // Энергетические установки и технологии. – 2020. – Т. 6, № 2. – С. 64–70.

3. Роботы KUKA малой грузоподъемности // KUKA Roboter GmbHZugspitzstraße 140 D-86165 Augsburg, Германия. – 40 c.

4. Патент на полезную модель 185067. Панель управления транспортного средства технологического назначения на электротяге / Филькин Н. М. [и др.]. – 2018.

257

УДК 004.942

Э. Р. Музафаров, магистрант Н. М. Филькин, доктор технических наук, профессор Р. С. Музафаров, кандидат технических наук, доцент Ижевский государственный технический университет

имени М. Т. Калашникова [email protected], [email protected], [email protected]

Разработка математической модели и оптимизация загрузки

производственных мощностей предприятия Рассмотрена необходимость создания цифрового двойника производства. Изуче-

ны инструменты цифровизации. Разработана математическая модель оптимизации загрузки производственных мощностей по трем направлениям. Предложено решение по оптимизации загрузки производственных мощностей группы станков.

Ключевые слова: цифровизация производства, цифровой двойник производства, математическая модель, оптимизация загрузки производственных мощностей.

Введение

Разработка цифрового двойника производства позволит достичь целей, которые поставлены перед большинством промышленных предприятий стра-ны, – снижение затрат на производство продукции, повышение общей эффек-тивности оборудования и для заводов ВПК это увеличение объема продаж гражданской продукции. Кроме того, на сегодняшний день это уже является естественным направлением развития любого современного промышленного предприятия.

Правительство Российской Федерации считает одним из важнейших на-правлений цифровизацию экономики и промышленности в частности.

«В наступающее десятилетие нам предстоит провести цифровую транс-формацию всей страны, всей России, повсеместно внедрить технологии ис-кусственного интеллекта, анализа больших данных», – сказал Президент Рос-сийской Федерации, выступая в декабре 2020 г. на Международной онлайн-конференции Artificial Intelligence Journey (AI Journey).

Но не только на словах существует эта задача. Создано Агентство страте-гических инициатив, разработана Национальная технологическая инициати-ва. В феврале 2017 г. Правительство РФ утвердило первую дорожную карту по развитию Национальной технологической инициативы (НТИ) – «Передо-вые производственные технологии» – «Технет» – с бюджетом 145 млрд до 2024 г. Внедрение и разработка цифровых двойников является приоритетным направлением дорожной карты «Технет». Есть возможность получения суб-

© Музафаров Э. Р., Филькин Н. М., Музафаров Р. С., 2021

258

сидий на финансовое возмещение части затрат величиной до 2,4 млрд руб. за 7 лет.

Цифровая модель производства До 2030 г. цифровая модель производства может стать необходимостью

для конкурентоспособного присутствия на рынке, так как позволяет сущест-венно снижать себестоимость продукции и быстро реагировать на запросы и изменения рынка.

Модель в общем случае – образ реального объекта (процесса) в матери-альной или идеальной форме (т. е. описанный знаковыми средствами на ка-ком-либо языке), отражающий свойства моделируемого объекта (процесса) и замещающий его в ходе исследования и управления.

Цифровой двойник (модель) производства, соответственно, – модель про-изводства, описанная методами, которые задействуют вычислительную тех-нику и позволяют наблюдать за состоянием производства, анализировать данные, основываясь на которых находить экономически оптимальные мар-шруты производства и создавать прогностические модели.

Это позволяет мгновенно и с минимальными затратами решать широкий спектр задач: планирование и распределение загрузки производственных мощностей, принятие и обоснование решений, целесообразность постановки на производство нового продукта, контроль состояния производства через показатели, обнаружение узких мест, как на диаграмме Ямазуми, автомати-ческое перераспределение нагрузки или предложение решений, которые воз-можно принять для улучшения ситуаций.

Полностью проработанная модель позволит в прямом эфире наблюдать за себестоимостью каждого изделия, каждой партии, каждой конкретной еди-ницы изделия, которая будет собрана, а значит, каждое решение можно мгновенно оценить с точки зрения экономической целесообразности.

Появляется возможность организации гибкой производственной структу-ры, которая может подстраиваться под потребности рынка и быстро менять направления производства в широком спектре производимой продукции.

Разработку цифрового двойника производства можно заказать компании, занимающейся разработкой цифровых продуктов электронного документо-оборота. В Ижевске концентрация таких компаний очень велика даже в сравнении с Москвой: BFG, Directum, UDSGroup, ELMA и др., причем BFG специализируется на разработке цифровых двойников производств и уже заканчивают работы в концерне «Калашников».

Альтернативой является разработка подобной системы предприятием са-мостоятельно. Это позволит создать системы с наиболее подходящими тре-бованиями, например, высокой степенью информационной защиты путем внедрения односторонней связи между станками и информационной систе-мой, посредством каналов с односторонней передачей данных, используя

259

симплексные протоколы передачи данных или специальные, например, сис-тема DataDiod.

Для разработки модели сегодня существуют все условия, например, AnyLogic – программное обеспечение для имитационного моделирования, разработанное российской компанией The AnyLogic Company, позволяющее моделировать сложные системы, которые помимо оптимизации будут на-глядно показывать процессы, происходящие на производстве (рис. 1).

Рис. 1. Интерфейс системы контроля себестоимости в AnyLogic

На рисунке показаны варианты моделирования систем в программе AnyLogic. Возможна разработка понятного интерфейса для мониторинга производства в прямом эфире.

Кроме того, большое количество профильных компаний говорит о том, что в Ижевске существует опытный кадровый состав для подобных работ. Разработка такой системы позволит заводу заработать.

Математическая модель производства Построение цифрового двойника производства – большой, многоэтапный

проект. Одним из первых этапов разработки – создание математической модели. В качестве примера создадим математическую модель загрузки производ-

ственных мощностей и рассмотрим возможности оптимизации. Любая оптимизация должна иметь цель, вектор оптимизации, опреде-

ляющий, какой именно параметр должны быть наилучшим (рис. 2). Рассмот-рим возможности улучшения по двум направлениям:

– увеличение производственной мощности; – уменьшение себестоимости изделия.

260

Производственная мощность – показатель, отражающий способность пред-приятия (подразделения, объединения или отрасли) по выпуску единиц товар-ной продукции за выбранный период времени.

Рис. 2. Интерфейс системы мониторинга производства

Повысить производственную мощность можно как путем увеличения числа дорогостоящего оборудования, так и за счет оптимизации загрузки оборудования. Это возможно при организации работы производства в рамках концепции «точно в срок». В таком случае необходимо рассматривать все производственные потоки и выстраивать их таким образом, чтобы миними-зировать ожидания выполнения заказа из цеха в цех.

Важным показателем, который позволяет контролировать оптимальность маршрутов является коэффициент загрузки мощностей производства (КЗМ),

261

он определяется как процентное отношение фактической производственной мощности к расчетной. Коэффициент может быть найден для отдельных кон-тролируемых производственных единиц (цеха, участки, группы станков и др.) или для производимых изделий или маршрутов их обработки.

Для одной производственной единицы КЗМ вычисляется по формуле

р

ф

Мз 100% ;

М= ⋅

где з – КЗМ, %; Мр – расчетная (максимальная) производственная мощность, шт./время; Мф – фактическая производственная мощность, шт./время.

Для комплексной оценки производства находится средний КЗМ всех объ-ектов контролируемого множества:

1р

фр

1с

М100%

з 100% Мз ;

nn i

i

i i i

n n

==

−

−

⋅⋅

= =∑∑

где зср – средний КЗМ производственных мощностей, %; рМ i− – расчетная (максимальная) производственная мощность i-го контролируемого объекта;

фМ i− – фактическая производственная мощность i-го контролируемого объ-екта; n – количество контролируемых единиц.

Фактическая производственная мощность определяется по формуле

фМ ,Nt

=

где N – произведенный объем, шт. изделий (деталей); t – контролируемый период времени, ед. времени (час, день, год).

Расчетная (максимальная) производственная мощность находится по формуле

рр

ФМ ;

Т=

где Фр – фонд рабочего времени, чел.-ч, зависит от сменности, рассматривае-мого периода времени и др.; T – суммарная трудоемкость, чел.-ч./ед., опреде-ляется по формуле

1 1

p;m n

jii j

jiT t k= =

= ±∑∑

где tij – трудоемкость изготовления операции i на станке j, чел.-ч/ед.; m – ко-личество станков; kij – коэффициент применения операции i на станке j, без-размерная величина дискретна, может принимать значение 0 (операция на

262

станке не производится) и 1 (операция учитывается); n – количество опера-ций для станка j; p – время для транспортировки, подготовительных опера-ций и др., может не учитываться в зависимости от вида расчета.

Если записать в форме системы уравнений, то получим

( ) ( )

( ) ( ) ( )( ) ( )( ) ( ) ( )

( ) ( )

1

1 1 ...

1 1 1 1 1 1 1 ..

1

. 1

1 1

,

,

.

j n

j ji ji jn jnj i j i

j j i j i j i j i t k j n

m mi mi m mn mnm i i

m

j

T t k t k t k

T t k t k

T t k t k t k

T +

+ +

+ + + + + + + + +

+ +

=

= + +

= +

…= +

⎧⎪⎪

= ⎨⎪⎪ +⎩ …

∑

Основная задача этой модели в контексте концепции «точно в срок» со-стоит в подборе такой последовательности выполнения операций, чтобы производство продукции было выполнено за наименьшее время.

Для выполнения условия минимального времени производства необходи-мо найти наилучшее значение для «узкого места» – процесса, который вызы-вает наибольшие задержки в производстве.

Тогда в математическом виде условие принимает вид

{1

10

max min ,

з ,

.

j

n

jii

ji

T

k j

k=

⎧ →⎪⎪

= =⎨⎪⎪ =⎩

∑

Первое ограничение говорит о том, что мы должны найти минимальную наибольшую суммарную трудоемкость одного станка из всей загрузки. Вто-рое ограничение определяет, что каждая деталь должна быть определена только на один станок в одной загрузке.

Наилучшим исходом для такого распределения будет выполнение плана за время, равное полной трудоемкости, деленной на количество станков, т. е. Зн вычисляется по формуле

нЗ .Tn

=

Достичь такого из-за различной трудоемкости деталей практически не-возможно, но сравнение с этим показателем будет говорить о том, насколько правильно сделана загрузка.

Дополнительным условием можно обозначить распределение загрузки та-ким образом, чтобы при параллельном производстве нескольких изделий бы-ла возможность корректировать мощность производства изделия А, не пере-считывая большое множество других изделий. В таком случае можно рас-

263

смотреть ограничение по минимальному использованию станочного парка одним изделием. Есть несколько формулировок такого задания. Первая – найти минимальный необходимый станочный парк для выпуска партии в заданное время и затем найти по первому условию оптимальную загрузку. Математическая формула дополнительного ограничения имеет вид

1min к

1

;m

ni

j

jiTn t

n=

=

≤⇔ ∑∑

где tк – контролируемый период времени, измеряемый в наиболее удобном временном формате (час, неделя, год).

Вторая – найти минимальную сумму количества используемых станков при максимальной загрузке каждого станка:

1

з ,

10

max,

.

j

n

ji

iji

T

k j

k

=

⎧⎪⎪⎪⎪= =⎨⎪⎪ ⎧⎪ = ⎨⎪ ⎩⎩

→

∑

Первая строка здесь говорит о том, что загрузка должна быть меньше кон-тролируемого периода времени. Вторая строка о том, что загрузка каждого станка должна быть максимальной. Третья и четвертая строка аналогичны второй и третей строке в ограничениях для наименьшего сменного времени.

Так выглядит математическое описание поиска оптимальной загрузки для повышения производственной мощности. Следующим шагом создадим ма-тематическое описание модели оптимизации загрузки производства для уменьшения себестоимости конечного изделия.

Уменьшение себестоимости можно достичь за счет введения системы многостаночного обслуживания. При реализации этой задачи возникает ряд последовательных задач.

Первая задача – это формирование специальной многостаночной тариф-ной ставки. При использовании прямой сдельной оплаты для оператора уве-личение зарплаты, как это будет заметно в расчетах, происходит не пропор-ционально увеличению сложности работы. Введение понижающих коэффи-циентов хотя и является простейшим способом регулирования, но может быть негативно воспринято работниками предприятия. Поэтому необходимо учитывать в тарифе оплаты количество обслуживаемых рабочих мест, время работы каждого станка и такт выпуска.

264

Из этого следует вторая задача – необходимо планировать производство с учетом возможности обслуживания сразу нескольких станков. Ключевым понятием – «такт выпуска»: понятие схоже с трудоемкостью – время, за ко-торое выполняется повторяющийся набор операций, в данном случае это цикл «установить заготовку – выполнить обработку – снять деталь».

Необходимо найти такой такт выпуска, который будет обозначен как пре-дельно допустимый. Его выбор следует делать исходя из возможностей опе-ратора – слишком быстрый ритм может вызвать переутомление, а значит, ошибки. Кроме того, необходимо знать время, которое нужно для снятия-установки детали, тогда допустимость загрузки будет выражаться формулой

[ ],,pi it t

⎧τ ≤ τ⎪⎨ <⎪⎩

где τ – такт выпуска, ед.в/шт.; [τ] – допустимый такт выпуска, ед.в/шт.; tpi – суммарное время пауз за i циклов, ед.в; ti – общее время i циклов, ед.в.

Такт выпуска можно найти из статистики, разделив фактическое время, затраченное на выпуск партии деталей, на размер партии, или найти предпо-лагаемое время – сумму времени машинной обработки и времени снятия-установки детали, заложенное в технологический процесс. Также теоретиче-ски и эмпирически можно задать допустимое время такта и найти суммарное время пауз.

Описанное выше является только ограничениями для математической мо-дели многостаночной загрузки оператора, сама модель описывается следую-щим образом:

1

1

p;j

i

nm ji ji

ji

t kT

z=

=

±=

∑∑

или в виде системы уравнений:

( ) ( )

( )

( ) ( )

( )

( )( ) ( )( )

( )( )

( ) ( )

( )

( ) ( )

( )

1

1 1

1

11 1 1 1 1 11

1 1 1 1

1 1

1

1

,

,

.

j n

j i j iji ji jn jnj

ji jnj i

t k j nj i j i j i j ij

j i j i j n

m i m imi mi mn mnm

mi mni

j

m

m

t kt k t kz z z

t k t k

z z z

t kt k t kz z z

+

+ +

+

++ + + + + ++

+ + + +

+ +

+

=

τ = + …+

= + …

⎧⎪⎪⎪⎪τ⎪τ = ⎨⎪⎪⎪⎪⎪

+

…

τ = + …⎩

+

∑

где zji – размер партии i-й обработки для j-го станка.

265

Формулировка несколько усложняется из-за наличия деления, но в целом модель схожа с предыдущей. Сформулировав задачи, необходимо найти их решение.

В таком виде задачи имеют схожую формулировку с транспортными за-дачами «о назначении» и «о назначении минимального количества исполни-телей», но с дополнительными условиями.

Алгоритмы расчета Поиском наиболее быстрого метода решения занимаются уже длительное

время. На сегодняшний день существует большое количество методик нахо-ждения оптимума в данных задачах, например, полный перебор, эвристиче-ские способы – алгоритм имитации отжига, жадные алгоритмы, генетический алгоритм, метод сопряженных градиентов, квазиньютоновские методы и др. Наиболее доступным средством вычисления в представленных условиях был встроенный модуль «поиск решения» в Microsoft Excel. Модуль имеет 3 типа алгоритмов для нахождения оптимума: simplex-метод, эволюционный метод и метод обобщенного приведенного градиента.

Наиболее простым и подходящим в данном случае является simplex-метод.

Разработки в этой области продолжаются и наиболее перспективными кажутся квантовые методы решения этих задач. Далее в таблице приведены примеры расчета порядков времени расчета на разных алгоритмах.

В таблице 1 указан сравнительный порядок сложности расчета, что кор-релирует со временем обработки информации по данным алгоритмам. Обо-значения в таблице: n – количество переменных в расчете; k – количество кубит в квантовом компьютере, принимаем 20 и 2000 как в наиболее распро-страненных существующих квантовых системах IBM Q System One и D-Wave 2000Q.

Таблица 1. Сравнение порядка скорости алгоритмов [1]

Название алгоритма Формула расчета времени n = 10 n = 100 n = 1000

Полный перебор n! 3 ⋅ 106 10158 4,5 ⋅ 102567 Динамическое программирование 1?1n ⋅ 10n 25 ⋅ 109 10104 2 ⋅ 101041 IBM Q System One n!/2k 3,5 10151 4 ⋅ 102561 D-Wave 2000Q n!/2k 10–596 10–444 3 ⋅ 101965

Важным в квантовых вычислительных системах является то, что увеличе-

ние числа кубитов ведет за собой уменьшение числа подходящих для реше-ния задач, ввиду чего многокубитные системы сейчас рационально приме-нять в первую очередь на задачах оптимизации. D-Wave 2000Q способна вы-полнять только задачи, подходящие под алгоритм «квантового отжига», значит, не может считаться полноценным квантовым компьютером. Кроме

266

того, вычисления основаны на вероятностном подходе, значит, ответ может быть верным не со 100%-й вероятностью.

Но уже скоро может быть достигнут момент квантового превосходства – когда квантовые компьютеры смогут выполнять вычисления, непосильные для любых классических компьютеров. 75 кубит пороговое значение, за ко-торым следует в первую очередь уязвимость систем шифрования данных, а также технологии машинного обучения, способные мгновенно распознавать замаскированную технику и находить даже самые слабо заметные следы присутствия человека.

Следующим шагом после формирования математического аппарата, ста-новится построение цифровой модели и непосредственно оптимизация.

Для примера рассмотрим группу пятикоординатных станков с ЧПУ, рабо-тающих на реальном предприятии машиностроения. Используя данные сис-темы мониторинга, рассмотрим возможность перераспределить загрузку обо-рудования за один день. В группу станков отнесем 4 станка Станки 5-коорди-натные. Используя данные производства, получим данные о программах за день (таблицы 2 и 3).

Таблица 2. Данные о программах обработки

Станок Программы Начало Конец Время циклов

Станок 1 П1 10.02.2021 00:01:01 10.02.2021 10:19:10 10:18:09 П2 10.02.2021 10:19:10 10.02.2021 20:50:12 10:31:02 П3 10.02.2021 20:50:12 10.02.2021 23:42:25 02:52:13

Станок 2 П4 10.02.2021 07:02:41 10.02.2021 23:59:59 16:57:18

Станок 3 П5 10.02.2021 07:04:18 10.02.2021 15:04:20 08:00:02 П6 10.02.2021 15:04:20 10.02.2021 22:31:01 07:26:41 П7 10.02.2021 22:31:01 10.02.2021 23:59:59 01:28:58

Станок 4

П8 10.02.2021 00:00:00 10.02.2021 2:40:31 02:40:31 П9 10.02.2021 2:40:31 10.02.2021 6:34:14 03:53:43 П10 10.02.2021 6:34:14 10.02.2021 8:26:36 01:52:22 П11 10.02.2021 8:26:36 10.02.2021 16:22:30 07:55:54 П12 10.02.2021 16:22:30 10.02.2021 16:59:52 00:37:22 П13 10.02.2021 16:59:52 10.02.2021 17:31:00 00:31:08 П14 10.02.2021 17:31:00 10.02.2021 18:45:04 01:14:04 П15 10.02.2021 18:45:04 10.02.2021 23:59:59 05:14:55

Таблица 3. Данные о суточной загруженности

Станок Включен Выключен Простой Цикл Работа Пауза Станок1 24:00:00 00:00:00 07:33:36 15:32:24 13:55:12 01:37:12 Станок2 17:10:12 06:49:48 05:32:24 11:34:48 11:29:24 00:04:48 Станок3 17:11:24 06:48:36 09:00:36 07:55:12 06:25:48 01:29:24 Станок4 23:10:12 00:49:48 06:34:48 16:02:24 10:21:00 05:41:24

267

Рис. 3. Детализация процессов обработки

Рассмотрев детализацию процессов обработки и графики циклов, получим информацию о суточном выпуске деталей. Получить данные о выпуске мож-но разными способами, в данном случае возникает задача классификации. Необходимо по данным графиков работы станка или по графикам примене-ния строк в цикле найти количество выпущенных деталей. Такие задачи на сегодняшний день с достаточной точностью решают модели машинного обу-чения. Эти модели позволяют не только определять информацию по выпуску, но также имеют возможность строить прогностические модели по заданным данным.

Из полученных данных о выпуске и данных «аналитики процессов» най-дем фактическую производственную мощность и такт выпуска деталей по формулам:

ФПМ ; ,ii i

i

n tt n

= τ =

где ФПМi – фактическая производственная мощность для i-й детали шт./ч; τi – такт выпуска для i-й детали ч/шт.; ni – выполненные изделия за период, шт.; t – время контролируемого периода, ч.

Можно определять такт выпуска для различных отрезков времени, на-пример, суммарный такт выпуска станка или цеха. Это даст наглядную ин-формацию о текущем ритме производства. Сейчас для нас наиболее интерес-ным является такт выпуска детали с учетом циклов работы программы.

Рассчитаем эти значения для каждого изделия (табл. 4).

268

Таблица 4. Фактическая мощность

Станок Деталь Суточный выпуск, шт.

Время программы, ч

Мощность выпуска, шт./ч

Такт выпуска, ч/шт.

Станок 1 П1 21 10,30 2,038 0,49060 П2 37 10,52 3,518 0,28425 П3 17 2,87 5,923 0,16884

Станок 2 П4 39 16,96 2,300 0,43474

Станок 3 П5 9 8,00 1,125 0,88895 П6 58 7,44 7,791 0,12836 П7 20 1,48 13,488 0,07414

Станок 4

П8 29 2,68 10,840 0,09225 П9 30 3,90 7,702 0,12984 П10 35 1,87 18,689 0,05351 П11 35 7,93 4,413 0,22662 П12 1 0,62 1,606 0,62278 П13 7 0,52 13,490 0,07413 П14 37 1,23 29,973 0,03336 П15 11 5,25 2,096 0,47715

Следующим шагом необходимо определить период времени, когда опера-

тор нужен непосредственно для выполнения операции, это установка и сня-тие деталей при завершении обработки детали и смене программы. На основе полученных ранее данных, найдем среднее фактическое время простоя и пауз на снятие и установку заготовки (табл. 5).

Таблица 5. Среднее фактическое время пауз

Станок Деталь Пауз в день, ч Пауз на деталь, чч:мм:сс п./дет., ч

Станок1 П1 1,62 00:01:17 0,01573 Станок2 П4 1,08 00:01:41 0,03718 Станок3 П5 1,49 00:01:02 0,02080 Станок4 П8 5,69 00:01:51 0,01676 Для наглядности можно построить графики загрузки и тактов выпуска де-

талей (рис. 4).

Наилучшей загрузкой будет н82 2з 14

= ≅ ч на каждый станок.

Используя данные из детализации процессов, найдем максимальную дневную мощность и такт производства, т. е. без учета выключенного со-стояния и простоев, не связанных со снятием-установкой заготовок/деталей (табл. 5, рис. 5).

Другие расчетные данные представлены в таблице 6 и на рисунках 6–8.

269

Рис. 4. Графики фактической загрузки и тактов выпуска

Рис. 5. Графики простоя и показатель дисбаланса загрузки

Таблица 6. Максимальная теоретическая мощность


Время работы, ч



Станок 1 П1 21 10,30250 2,03834 0,49060 П2 37 2,51722 14,69874 0,06803 П3 17 2,87028 5,92277 0,16884

Станок 2 П4 39 13,95500 2,79470 0,35782

Станок 3 П5 9 2,50056 3,59920 0,27784 П6 58 6,44472 8,99961 0,11112 П7 20 1,18278 16,90935 0,05914

Станок 4

П8 29 2,67528 10,84000 0,09225 П9 30 3,89528 7,70163 0,12984 П10 35 1,87278 18,68882 0,05351 П11 35 0,93167 37,56708 0,02662 П12 1 0,62278 1,60571 0,62278 П13 7 0,51889 13,49036 0,07413 П14 37 1,23444 29,97300 0,03336 П15 11 5,24861 2,09579 0,47715

0 5 10 15

Св.время 1

Св.время 4

Время , ч

270

Рис. 6. Графики такта и загрузки при максимальной производительности


Рис. 8. Заданные ограничения для поиска оптимального решения

0 5 10 15

Св.время 1Св.время 2Св.время 3Св.время 4Дисбаланс

Время , ч

271

Далее найдем оптимальное распределение деталей при фактической за-грузке. Для этого представим текущее состояние загрузки в виде системы уравнений:

…

…

…

…

Подставив значения фактической загрузки, получим систему:

10,3⋅1 10,52⋅1 … 5,25⋅0 23,69010,3⋅0 10,52⋅0 … 5,25⋅0 16,95510,3⋅0 10,52⋅0 … 5,25⋅0 16,92810,3⋅0 10,52⋅0 … 5,25⋅1 23,999

Представим эту систему уравнений в виде матриц (табл. 6–8). Используя встроенную в Excel систему поиска решения и нелинейный метод обобщен-ного понижающего градиента (ОПГ), найдем оптимальное решение для на-шей матрицы. Полученные данные представлены в таблицах 9–11.

Таблица 7. Матрица трудоемкости выполнения операций на станках

tij Деталь 1 Деталь 2 Деталь 3 Деталь 4 Деталь 5 Деталь 6 Деталь 7 Деталь 8 Станок 1 10,30 10,52 2,87 16,96 8,00 7,44 1,48 3,90 Станок 2 10,30 10,52 2,87 16,96 8,00 7,44 1,48 3,90 Станок 3 10,30 10,52 2,87 16,96 8,00 7,44 1,48 3,90 Станок 4 10,30 10,52 2,87 16,96 8,00 7,44 1,48 3,90

Таблица 8. Матрица коэффициентов использования операции на станке до оптимизации

kij Деталь 1 Деталь 2 Деталь 3 Деталь 4 Деталь 5 Деталь 6 Деталь 7 Деталь 8 Станок 1 1 1 1 0 0 0 0 0 Станок 2 0 0 0 1 0 0 0 0 Станок 3 0 0 0 0 1 1 1 0 Станок 4 0 0 0 0 0 0 0 1 Сумма 1 1 1 1 1 1 1 1

Таблица 9. Итоговая матрица

tijkij Деталь 1 Деталь 2 Деталь 3 Деталь 4 Деталь 5 Деталь 6 Деталь 7 Деталь 8 Mic. 1 10,30 10,52 2,87 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 Mic. 2 0,00 0,00 0,00 16,96 0,00 0,00 0,00 0,00 Mic. 3 0,00 0,00 0,00 0,00 8,00 7,44 1,48 0,00 Mic. 4 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 3,90

272

Таблица 10. Матрица коэффициентов использования операции на станке до оптимизации

kij Деталь 1 Деталь 2 Деталь 3 Деталь 4 Деталь 5 Деталь 6 Деталь 7 Деталь 8 Станок 1 1 0 0 0 0 0 0 0 Станок 2 0 0 0 1 0 0 1 1 Станок 3 0 1 1 0 0 0 0 0 Станок 4 0 0 0 0 1 1 0 0 Сумма 1 1 1 1 1 1 1 1

Таблица 11. Итоговая матрица

tij kij Деталь 1 Деталь 2 Деталь 3 Деталь 4 Деталь 5 Деталь 6 Деталь 7 Деталь 8 Mic. 1 10,30 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 Mic. 2 0,00 0,00 0,00 16,96 0,00 0,00 1,48 2,68 Mic. 3 0,00 10,52 2,87 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 Mic. 4 0,00 0,00 0,00 0,00 8,00 7,44 0,00 0,00

На основе данных, полученных при поиске оптимального решения, пере-

считаем мощность и графики загрузки (табл. 12, рис. 9, 10). Проделаем аналогичные действия для максимальной теоретической мощ-

ности (МТМ) (табл. 13–16, рис. 11, 12).

Таблица 12. Мощность при оптимальной по времени загрузке





Станок1

П1 21 10,30 2,038 0,49060 П11 35 7,93 4,413 0,22662 П12 1 0,62 1,606 0,62278 П13 7 0,52 13,490 0,07413

Станок2 П4 39 16,96 2,300 0,43474 П7 20 1,48 13,488 0,07414 П8 29 2,68 10,840 0,09225

Станок3

П2 37 10,52 3,518 0,28425 П3 17 2,87 5,923 0,16884 П14 37 1,23 29,973 0,03336 П15 11 5,25 2,096 0,47715

Станок4

П5 9 8,00 1,125 0,88895 П6 58 7,44 7,791 0,12836 П9 30 3,90 7,702 0,12984 П10 35 1,87 18,689 0,05351

273

Рис. 9. Графики такта и загрузки при оптимальной по времени загрузке


Таблица 13. Матрица трудоемкости выполнения операций на станках tij Деталь 1 Деталь 2 Деталь 3 Деталь 4 Деталь 5 Деталь 6 Деталь 7 Деталь 8

Станок 1 10,30 2,52 2,87 13,96 2,50 6,44 1,18 2,68 Станок 2 10,30 2,52 2,87 13,96 2,50 6,44 1,18 2,68 Станок 3 10,30 2,52 2,87 13,96 2,50 6,44 1,18 2,68 Станок 4 10,30 2,52 2,87 13,96 2,50 6,44 1,18 2,68

Таблица 14. Матрица коэффициентов использования операции на станке при МТМ после оптимизации

kij Деталь 1 Деталь 2 Деталь 3 Деталь 4 Деталь 5 Деталь 6 Деталь 7 Деталь 8 Mic. 1 1 0 2,87 13,96 2,50 6,44 1,18 2,68 Mic. 2 0 0 2,87 13,96 2,50 6,44 1,18 2,68 Mic. 3 0 1 2,87 13,96 2,50 6,44 1,18 2,68 Mic. 4 0 0 2,87 13,96 2,50 6,44 1,18 2,68 Сумма 1 1 деталь 3 деталь 4 деталь 5 деталь 6 деталь 7 деталь 8

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00


Время , ч

274

Таблица 15. Итоговая матрица tij kij Деталь 1 Деталь 2 Деталь 3 Деталь 4 Деталь 5 Деталь 6 Деталь 7 Деталь 8

Mic. 1 10,30 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 2,68 Mic. 2 0,00 0,00 0,00 13,96 0,00 0,00 0,00 0,00 Mic. 3 0,00 2,52 2,87 0,00 0,00 0,00 1,18 0,00 Mic. 4 0,00 0,00 0,00 0,00 2,50 6,44 0,00 0,00

Таблица 16. Оптимальная загрузка для МТМ





Станок 1

П1 21 10,30250 2,03834 0,49060 П8 29 2,67528 10,84000 0,09225 П11 35 0,93167 37,56708 0,02662 П12 1 0,62278 1,60571 0,62278

Станок 2 П4 39 13,95500 2,79470 0,35782

Станок 3

П2 37 2,51722 14,69874 0,06803 П3 17 2,87028 5,92277 0,16884 П7 20 1,18278 16,90935 0,05914 П13 7 0,51889 13,49036 0,07413 П14 37 1,23444 29,97300 0,03336 П15 11 5,24861 2,09579 0,47715

Станок 4

П5 9 2,50056 3,59920 0,27784 П6 58 6,44472 8,99961 0,11112 П9 30 3,89528 7,70163 0,12984 П10 35 1,87278 18,68882 0,05351

Рис. 11. Графики такта при оптимальной по времени загрузке МТМ

275

Рис. 12. Графики простоя и дисбаланса

Теперь рассмотрим возможность оптимизации загрузки по минимальному числу задействованных станков. Для фактической мощности такое распреде-ление невозможно, так как при количестве станков

n = 4 20,5 24;

при n = 3 27,3 24.

Значит, выполнить суточную задачу при такой производительности стан-ков невозможно.

Но при максимальной теоретической мощности, при трудоемкости партии T = 57, при количестве станков n = 3:

19 24,

значит, загрузка возможна на 3 станка, при n = 2:

28,5 24.

Следовательно, n = 3 – минимальное количество станков, необходимое для выполнения задания. Построим цифровые модели и проверим, какое ре-шение смогут выдать они для различных загрузок (рис. 13).

Как и ожидалось, алгоритм нашел оптимальным загрузку на 4 станка (рис. 14).

Алгоритм нашел оптимальную загрузку для минимального использования станочного парка; для нахождения их оптимальной загрузки необходимо применить алгоритм на предыдущих ограничениях (табл. 17, рис. 15, 16).

После получения данные по вариантам оптимизации, можно сравнить ме-тоды оптимизации и найти наиболее выгодный вариант.

0 2 4 6 8 10 12

Св.время 1

Св.время 3

Дисбаланс

Время , ч

276

Рис. 13. Результат работы алгоритма поиска минимального числа станков

для фактической мощности производства

Рис. 14. Результат работы алгоритма поиска минимального числа станков

для максимальной мощности производства

277

Таблица 17. Оптимальная загрузка для трех станков при МТМ



Мощность выпуска, шт./ч Такт выпуска, ч/шт.

Станок 1

П1 21 10,30250 2,03834 0,49060 П2 37 2,51722 14,69874 0,06803 П3 17 2,87028 5,92277 0,16884 П11 35 0,93167 37,56708 0,02662 П12 1 0,62278 1,60571 0,62278 П13 7 0,51889 13,49036 0,07413 П14 37 1,23444 29,97300 0,03336

Станок 2

П4 39 13,95500 2,79470 0,35782 П7 20 1,18278 16,90935 0,05914 П8 29 2,67528 10,84000 0,09225 П10 35 1,87278 18,68882 0,05351

Станок 4

П5 9 2,50056 3,59920 0,27784 П6 58 6,44472 8,99961 0,11112 П9 30 3,89528 7,70163 0,12984 П15 11 5,24861 2,09579 0,47715

Рис. 15. Графики такта при оптимальной по времени загрузке МТМ

Дисбаланс системы позволяет говорить о том, насколько большой разрыв между операциями, а значит, детали будут дольше ожидать следующий этап обработки, следовательно, производственная мощность падает. Занесем дан-ные в таблицу и построим график сравнения дисбалансов системы, который будет наглядно показывать качество работы алгоритма.

Для сравнения найдем относительное уменьшение дисбаланса систем, и долю дисбаланса в общей системе циклов за 100 % примем дисбаланс при фактической загрузке (табл. 18, рис. 17).

278

Рис. 16. Графики простоя и дисбаланса

Таблица 18. Сравнение дисбаланса систем

Система Фактическаязагрузка

Максимальнаятеоретическая

Оптимизацияфактическойзагрузки

Оптимизациязагрузки МТМ

Оптимизация загрузки 3 станков

Показатель 7,0717 6,8717 1,8375 1,1411 1,5967 Относительный

дисбаланс 100 % 97 % 26 % 16 % 23 % От каждого

цикла 29 % 29 % 8 % 5 % 7 %

Рис. 17. График сравнения дисбаланса систем

Из таблицы видно, что применение оптимизационного алгоритма позво-ляет сократить неуравновешенность системы в среднем на 75 %, благодаря чему на 20 % сократилось время цикла, а значит, возросла мощность. Разра-ботка подобной системы для планирования всего производства также позво-лит повысить производственную мощность до 20 % без дорогостоящих вло-жений в станочный парк.

0 5 10 15 20 25 30


Время , ч

02468

279

Кроме того, можно сравнить фактическую и максимальную теоретиче-скую производственную мощности и определить запас мощности производ-ства и загруженность системы. Для этого определим запас мощности – это размер партии, который теоретически может произвести станочный парк, если использовать все резервы, которые не учитывались в первичном расчете (табл. 19, рис. 18).

Таблица 19. Сравнение фактической и максимальной теоретической мощности по запасу производства

Станок Произведено

за день факт., ед.

Фактическая суточная

мощность, ед/.ч

Св. времяфакт, ч

Произв. запас, ед.

Потенциальнаясуточная

мощность, ед./ч

Запас мощности, %

1 Факт. 75 3,125 0,31 0 3,125 0,00

2 Факт. 39 2,292 7,04 +16 2,292 41,03%

3 Факт. 87 5,125 7,08 +36 5,125 41,38%

4 Факт. 185 7,708 0 0 7,708 0,00

Сумма 386 4,732 14,43 +68 18,917 17,62%

Станок Произведено

за день факт., ед.

Фактическая суточная

мощность, ед.ч

Св. времяМТМ, ч

Произв.запас, ед.

Потенциальнаясуточная

мощность, ед./ч

Запас мощности, %

1 МТМ 75 3,125 8,31 +40 4,792 53,33 %

2 МТМ 39 1,625 10,05 +28 2,792 71,79 %

3 МТМ 87 3,625 13,87 +119 8,583 136,78 %

4 МТМ 185 7,708 7,00 +76 10,875 41,08 %

Сумма 386 6,517 39,23 +240 26,083 69,19 % Как видно из графиков запас мощности составляет 37…46 %. Теперь найдем возможность оптимизации производства при многоста-

ночной загрузке. Для этого определим допустимый такт выпуска. При факти-ческой загрузке самый быстрый средний такт на 4 станке, он равен ≈7 мин. с учетом 2 мин. на снятие-установку; из этого примем допустимое значение [τ] = 7 мин.

Суммарное время пауз tp для станков одного оператора не должно превы-шать ⋅ ⋅ 410 мин на все станки. Общее время обработки равно самой долгой сменной задаче из всех станков оператора. Отличием этого ал-горитма является оптимизация не по значению трудоемкости, а по значению

280

такта выпуска. Алгоритм ищет не минимальное его значение, а максималь-ное. Результаты расчета возможности совмещения работы оператора на не-скольких станках представлены на рисунке 19.

Рис. 18. Графики сравнения запасов производственной мощности

Рис. 19. Результат работы алгоритма поиска возможности совмещения

0%

20%

40%

60%

80%

100%

Фактическая мощность Запас мощности ΣФМ ΣЗМ

63%

37%54%46%

281

После выполнения работы алгоритма можно совместить 2 станка с наибо-лее высоким тактом и пересчитать средний такт выпуска для совместной ра-боты (табл. 20).

Как видно из таблицы, совместная работа на двух станках при правиль-ном распределении производственного задания имеет даже меньший средний такт, чем было фактически. Значит, загрузку Станок 2 и Станок 3 можно рас-пределить таким образом, что один оператор может быть прикреплен к двум станкам (рис. 20).

Теперь рассчитаем разницу зарплат при обычном и многостаночном рас-пределении сменных заданий. Для упрощения расчета примем, что смена оператора длится 24 ч, суточная норма выработки оператора составляет 20 ч, а тарифная ставка 500 руб./ч (табл. 21).

Из таблицы видно, что при введении многостаночной ставки, при варианте, где один оператор работает с двумя станками, экономия на нормо-часах полу-чается 20 %. Если оптимизировать распределение еще на этапе планирования, можно поднять норму выработки на еще больший уровень и достигнуть 30 % экономии. Но даже при таком расчете, если взять суточную выработку 20 ч годовая выгода с одного рабочего места будет порядка полумиллиона рублей.

Таблица 20. Результаты оптимизации такта выпуска для организации работы одного оператора двух станках




Такт выпуска, мин/шт.

Станок 1

П1 21 10,30 2,038 29,436 П2 37 10,52 3,518 17,055 П8 29 2,68 10,840 5,535 Итог 87,000 23,500 3,702 16,207

Станок 2

П3 17 2,87 5,923 10,130 П4 39 16,96 2,300 26,084 П14 37 1,23 29,973 2,002 Итог 93,000 21,060 4,416 13,587

Станок 3

П5 9 8,00 1,125 53,337 П12 1 0,62 1,606 37,367 П15 11 5,25 2,096 28,629 Итог 21,000 13,870 1,514 39,629

Станок 4

П6 58 7,44 7,791 7,702 П7 20 1,48 13,488 4,448 П9 30 3,90 7,702 7,790 П10 35 1,87 18,689 3,211 П11 35 7,93 4,413 13,597 П13 7 0,52 13,490 4,448 Итог 185,000 23,140 7,995 7,505

Итог Итог 108,000 23,500 4,596 13,056

282

Рис. 20. График загрузки для трех операторов

Таблица 21. Показатели экономии при введении многостаночной тарифной ставки

Кол-во рабочих танков

Для оператора Для предприятия Совокупнаятарифнаяставка, руб.

Норма выработки,нормо-часов

ЗП, руб.Стоимость

1 нормо-часа, руб.

Коэффициент производительности

1 500 20 10 000 500 1 2 750 37,5 15 000 400 1,875

Показатели +50 % +87,5 % +50 % –20 % +87,5 %

Выводы 1. Разработка цифрового двойника является основным шагом вступления

производства в индустрию 4.0 в условия цифровой экономики. Так утвержда-ет правительство России, в виде многочисленных указов, созданием дорож-ных карт развития с многомиллиардными бюджетами, созданием националь-ной технической инициативы с планами развития до 2035 г.

2. Разработка цифровой модели производства может приносить доход уже на этапе разработки за счет многочисленных грантов от правительства и по-степенной оптимизации собственного производства.

3. Разработанный продукт будет лучше всего отвечать требованиям заво-да, особенно по вопросам информационной безопасности, система активных кодов может обеспечить одностороннюю связь.

4. Также новым рынком для завода могут стать активно развивающиеся квантовые технологии. Работа может вестись как по направлению программ-ного продукта, так и в направлении разработки необходимой инфраструкту-ры, такой как охладительные установки и экранирующие камеры. Построен-ные процессы на деньги государственного финансирования можно будет ис-пользовать и на других проектах.

283


1. Quantum Computing for Everyone (The MIT Press) by Chris Bernhardt. The MIT Press Cambridge, Massachusetts London, England, 2019, 216 p.

2. Дорожная карта развития высокотехнологичной области «Квантовые вычисле-ния» на период до 2024 года. Соглашения о намерениях между Правительством Рос-сийской Федерации и Госкорпорацией «Росатом» в целях развития в Российской Фе-дерации высокотехнологичной области «Квантовые вычисления» № 1/17651-Д от 10.07.2019 (во исполнение распоряжения Правительства Российской Федерации № 1484-р от 08.07.2019 г.).

3. Гасников, А. В. Современные численные методы оптимизации. Метод универ-сального градиентного спуска : учебное пособие. – Москва : МФТИ, 2018. – 286 с.

4. Фаддеев, Д. К. Вычислительные методы линейной алгебры / Д. К. Фаддеев, В. Н. Фаддеева. – Москва : Физматгиз, 1960. – 656 с.

284

УДК 621.77.01

Е. Д. Муравьев, магистрант С. А. Морозов, кандидат технических наук, доцент



Компьютерное моделирование штамповки детали «кронштейн»

Разработана технология изготовления детали «кронштейн». Проведено компь-

ютерное моделирование формоизменения от заготовки до конечной детали. Посред-ством моделирования выявлены возможные дефекты в холодной листовой штампов-ке, внесены изменения в технологию изготовления. Рассчитан экономический эффект полученной технологии, который составил 25 % уменьшения себестоимости конеч-ной детали.

Ключевые слова: листовая штамповка, штамп, компьютерное моделирование, пластическая деформация, QForm.

Введение. Постановка задачи

Компьютерное моделирование процессов листовой штамповки позволяет повысить качество проектирования, отладить технологию на компьютере и сократить сроки конструкторско-технологической подготовки производства.

Деталь «кронштейн» используется в автомобильной промышленности, программа выпуска – серийное производство. На рисунке 1 представлена 3D-модель детали, марка материала – сталь 08пс, деталь имеет сложную по гео-метрии впадину и контур, а также технологические отверстия.

Рис. 1. 3D-модель детали «кронштейн»

© Муравьев Е. Д., Морозов С. А., 2021

285

Сталь Ст08пс широко используется в промышленности. Из нее изготавли-вают различные элементы, которые в дальнейшем будут испытывать химиче-ское и термическое воздействие, например, детали цилиндрической формы с осевым отверстием, детали с обычным отверстием, детали подвески. Также характеристики 08пс позволяют применять эту сталь для создания прокладок, крепежных изделий, вилок, труб. Твердость стали Ст08пс – 131 МПа.

Проектирование технологии изготовления В качестве проектной технологии выбрана листовая штамповка, которая

обеспечивает стабильную точность штампуемых деталей, низкие издержки производства, низкую стоимость инструмента.

Листовая штамповка осуществляют в штампах, состоящих, как правило, из неподвижной и подвижной половин, несущих рабочие части (матрицу и пуансон), при сближении которых помещенная между ними заготовка де-формируется. Половины штампов закреплены в прессе. Неподвижная поло-вина – на столе, подвижная – в ползуне (исполнительном механизме). Рабо-чие части штампов изготовляют из инструментальных сталей, при мелкосе-рийной штамповке деталей – из алюминия и других мягких материалов. Применяют различные заменители – пластмассы, прессованную древесину и др. [1].

Технология изготовления детали включала в себя следующие формоизме-няющие операции:

– вырубка заготовки; – формовка; – пробивка. Перечисленные операции проверялись в программе QForm. QForm – это российская программа для расчета больших пластических

деформаций, получившая широкое распространение на отечественных и за-рубежных предприятиях заготовительного и металлургического производст-ва. Специализирована для отладки оснастки и технологических процессов обработки металлов давлением, штамповки, ковки, раскатки колец, прокатки и прессования алюминиевых профилей [2].

На рисунке 2 показано компьютерное моделирование формоизменяющих операций.

Моделирование позволило определить напряженно-деформированное со-стояние заготовки, силовые параметры операций и выявить дефекты при штамповке.

Самая большая пластическая деформация происходит в пересечении ручьев формуемого рельефа. В этой области будет происходить наибольший износ инструмента, что приведет к искажению формы рельефа.

Моделирование показало образование излишка металла при формовке и смещение рельефа детали. На рисунке 3, а видно, что после операции фор-мовки образуется излишек металла длиной в 1 мм по радиусу паза. Для его

286

устранения был уменьшен контур вырубаемой детали. На рисунке 3, б мы можем наблюдать смещение заготовки по гравюре штампа во время дефор-мации. Это происходит из-за того, что трафарет недостаточно фиксирует за-готовку в штампе и его нужно переместить вместе с заготовкой на 0,5 мм.

Рис. 2. Распределение средних напряженийй в заготовке

на формоизменяющих операциях

а б

Рис. 3. Дефекты формоизменения: а – смещение рельефа; б – образование излишка

Компьютерное моделирование позволило повысить коэффициент исполь-зования материала и сократить дополнительные операции формовки. Себе-стоимость детали сократилась на 25 %. По отлаженной технологии разрабо-тана конструкторская документация проекта. На рисунке 4 представлены 3D-сборки формоизменяющих штампов.

287

Рис. 4. 3D-сборки формоизменяющих штампов

Штамповка опытной партии показала серийно пригодность разработан-ной технологии изготовления детали «кронштейн».

Вывод Разработана инновационная технология холодной листовой штамповки

детали «кронштейн». Проведено компьютерное моделирование и проверка технологии в программе QForm. Разработаны чертежи штампов формоизме-няющих операций.


1. Романовский, В. П. Справочник по холодной штамповке. – Москва : Машино-строение, 1979. – 520 с.

2. QForm // Программное обеспечение / Моделирование процессов ОМД. – URL: http://www.qform3d.ru, (дата обращения 21.05.2021).

288

УДК 656.1

С. Л. Надирян, старший преподаватель М. П. Миронова, ассистент; С. В. Коцурба, студент

Кубанский государственный технологический университет, Краснодар [email protected], [email protected], [email protected]

Анализ способов организации парковочного пространства

Рассмотрены виды парковок в Германии. Также проанализированы способы орга-

низации парковочного пространства в 2 странах – Италии и Японии – с их высоким уровнем автомобилизации. При организации парковок в России в качестве примеров можно использовать опыт этих стран.

Ключевые слова: автомобилизация Японии, организации парковок автомобилей, парковочные места, парковка в Италии, штрафы.

Введение

Опыт стран с высоким уровнем автомобилизации необходимо учитывать при решении вопросов организации парковок автомобилей в крупных горо-дах России.

Организация парковок в Германии Например, в Германии различают 5 видов парковок [1]: – бесплатная парковка на обочине дороги, где нет запрещающих знаков; – бесплатная парковка на специальных площадках, обычно далеко от цен-

тра города, но в нерабочие дни платные парковки в городах бесплатные; – бесплатная парковка, ограниченная по времени (например, не более 2 ч);

для контроля на приборную панель автомобиля выкладывается соответст-вующий индикатор;

– платная парковка на обочине на определенное заранее время; соответст-вующая квитанция, полученная в автомате, выкладывается на панель приборов;

– платная парковка на специальных стоянках и в гаражах; особенность со-стоит в том, что оплата производится по окончании стоянки по фактическому времени.

Организация парковок в Италии Рассмотрим особенности парковки в Италии. Парковочные места на улицах обозначаются соответствующими знаками

и цветовой разметкой на дороге. Цвет линий на автостоянке указывает на тип парковки: белый для бес-

платной парковки, синий для платной парковки. Это типовой случай, но каж-дая коммуна в Италии может ввести свои правила парковки, поэтому всегда

© Надирян С. Л., Миронова М. П., Коцурба С. В., 2021

289

нужно смотреть на знаки вокруг. Знаки парковки скажут, обязаны ли вы пла-тить за парковку и каким образом.

В большинстве регионов разметка линиями синего цвета обозначает платную парковку на улице (рис. 1).

Рис. 1. Платная парковка, обозначенная линиями синего цвета

Рядом с такой парковкой находится автомат или киоск по продаже парко-вочных талонов и устанавливается дорожный знак, обозначающий парковку. На парковочном талоне будет напечатано, до какого времени вы можете на-ходиться на стоянке. Нужно положить этот талон на приборную панель под лобовое стекло.

На знаке указывается, что оплате подлежит парковка с 8:00 до 14:00 (кро-ме воскресенья и праздничных дней). Тариф за 1 ч составляет €0,6. Оплата производится в парковочном автомате. Инструкции по использованию при-ведены на 4 языках – итальянском, французском, немецком и английском. Оплата производится при помощи монет.

В крупных городах имеются подземные паркинги или большие открытые стоянки. При въезде перед шлагбаумом берется талон в автомате или у об-служивающего персонала, на котором отмечено время въезда [2].

Перед выездом необходимо оплатить парковку в соответствующем авто-мате или кассе. При этом талон вам возвращают обратно.

При выезде перед шлагбаумом вставляется талон в другой автомат, и, ес-ли оплата произведена правильно, то шлагбаум поднимается, и вы выезжаете.

Разметка белыми линиями обозначает бесплатные парковки на улице, но они могут быть ограничены по времени. Такая разметка показана на рис. 2.

Знак парковки скажет вам, как долго вы можете находиться на этой сто-янке и нужно ли вам устанавливать парковочный диск. Если это требуется, то необходимо указать на парковочном диске время начала парковки и поло-жить его на приборную панель под лобовое стекло, так, чтобы его могла уви-

290

деть парковочная полиция. Парковочный диск изготовлен из картона разме-ром 10×15 см. Время, которое устанавливается на парковочном диске, – вре-мя прибытия.

Рис. 2. Бесплатная парковка, обозначенная линиями белого цвета,

с ограничением времени

Организации парковок я Японии Уровень автомобилизации в Японии один из самых высоких в мире. Здесь

парковки делятся на муниципальные и частные, причем предполагается, что уличные парковки должны быть муниципальными. Это может быть специ-ально размеченная зона на обочине или отдельная территория вне проезжей части (почти всегда с паркоматом). В первом случае парковка чаще все бес-платная, но есть автомат, где необходимо оплатить административный сбор (рис. 3).

Полученный билет нужно закрепить под лобовым стеклом на заметном месте. Время парковки строго ограничено, обычно это 40 или 60 мин, свыше этого придется заплатить штраф.

На парковке на выделенной территорией оплата почасовая. Как только машина останавливается, под ней сразу появляется специальная конструкция, которая блокирует колеса, поэтому уехать, не заплатив, не получится (рис. 4).

291

Рис. 3. Парковочный автомат

Рис. 4. Блокировочная конструкция колес

В некоторых случаях оплата перестает начисляться в ночное время, но ос-тавить машину можно только до 3 утра, потом ее заберет эвакуатор.

Токио – один из городов с самыми высокими ценами на парковку в мире. В лучшем случае, на далекой окраине можно найти место за доллар в час. Ближе к центру эта сумма варьируется в пределах $3–6. Торговые центры и прочие заведения часто предлагают скидки на парковку в зависимости от того, сколько вы у них потратите денег. Обычно примерно за $50 можно по-лучить 2 бесплатных часа.

Частные парковки чаще всего многоуровневые, иногда выглядят как баш-ни без окон и с единственными воротами, куда загоняют машину, и потом чудесный лифт куда-то ее убирает на верхнюю полку (иногда просят ничего не оставлять в машине, потому что ее может как-то неестественно поворачи-вать или наклонять по пути). На полу перед въездом практически всегда есть специальный диск, который разворачивает машину в нужном направлении, чтобы не пришлось выезжать задом на оживленную улицу [3].

Борьба с парковочными зайцами ведется очень активно, хотя, кажется, здесь и при большом желании негде просто так бросить машину. Но если все же так сделать, то ждать долго не придется: на лобовом стекле сразу же поя-

292

вится красная предупреждающая наклейка в $100–200. Если водитель и дальше не опомнится, то в течение пары часов машина окажется на штраф-стоянке, а штраф вырастет в разы.


1. Коновалова, Т. В. Теоретические основы обеспечения функционирования до-рожно-транспортной инфраструктуры при управлении парковочным пространством в городах / Т. В. Коновалова, С. Л. Надирян, И. Н. Котенкова // Наука. Техника. Тех-нологии (политехнический вестник). – 2020. – № 4. – С. 275–278.

2. Сердюк, К. А. Способы организации парковочного пространства в зарубежных странах / К. А. Сердюк, Т. В. Коновалова // Наука. Техника. Технологии (политехни-ческий вестник). – 2018. – № 4. – С. 334–336.

3. Коновалова, Т. В. Исследования в области организации парковочного простран-ства / Т. В. Коновалова, И. Н. Котенкова, И. С. Сенин // Механика, оборудование, материалы и технологии : электронный сборник научных статей по материалам Третьей Международной научно-практической конференции, 2020. – С. 1084–1087.

293

УДК 629.014

А. В. Никитин, магистрант К. В. Глухов, кандидат технических наук


[email protected]

Выбор и обоснование двухтактного двигателя для гибридной установки легкового автомобиля

Обоснован выбор двухтактного двигателя с противоположно движущимися

поршнями для гибридной установки легкового автомобиля. Выполнено сравнение ме-жду четырехтактным, четырех цилиндровым двигателем с рядным расположением поршней и двухтактного двигателя с противоположно движущимися поршнями.

Ключевые слова: двигатель с противоположно движущимися поршнями, двига-тель внутреннего сгорания, гибридная силовая установка, компоновка.

Введение

Выбор двигателя для автомобиля или иного транспортного средства представляет чрезвычайно сложную задачу. Объясняется это большим раз-нообразием типов транспортных средств, требований к транспортному средству, широким диапазоном условий эксплуатации, определением спро-са на рынке. Подбирая двигатель, необходимо выбрать следующие основ-ные параметры:

– тип двигателя; – компоновка; – максимальная мощность; – максимальная частота вращения коленчатого вала; – тип системы охлаждения двигателя; – эксплуатационно-технические показатели, такие как экономичность,

токсичность, надежность. Общие требования к выбору типа двигателя и его компоновки на стадии

проектирования в большинстве случаев считаются заданными: назначение транспортного средства, условия работы, потребная мощность и соответст-вующая ей частота вращения коленчатого вала.

На стадии проектирования проводится анализ тенденции развития двига-телестроения и автомобильного транспорта в целом, а также социально-экономические аспекты, связанные с вопросами сырьевых и энергетических ресурсов, экологичности, безопасности эксплуатации, надежности и др.

© Никитин А. В., Глухов К. В., 2021

294

Двигатель с противоположно движущимися поршнями В последнее время большое развитие получили ряд компонентов двигате-

лей, таких как турбокомпрессоры, насосы высокого давления, пьезоэлектри-ческие форсунки, применение которых может существенно улучшить харак-теристики двухтактного ДВС. В этом плане целесообразно рассмотреть при-менение в автомобилях и комбинированной энергосиловой установке двухтактного двигателя с противоположно движущимися поршнями.

Двигатель с противоположно движущимися поршнями (двигатель с ПДП) – конфигурация двухтактного двигателя внутреннего сгорания с расположени-ем двух поршней в одном цилиндре, движущихся друг другу навстречу ди образующих единую камеру сгорания (рис. 1). Коленчатые валы механически синхронизированы, причем выпускной вал вращается с опережением относи-тельно впускного. Данный вид компоновки обеспечивает прямоточную про-дувку цилиндров. Существует множество видов конструктивных схем двига-телей с ПДП, но в данной статье рассмотрен двигатель с двумя коленчатыми валами и рядным расположением цилиндров.

Рис. 1. Схема двигателя с ПДП

Основные достоинства данных типов двигателей – малые механические потери в сравнении с четырехтактным двигателем и полная уравновешен-ность.

Для повышения удельной мощности двигателя устанавливаются нагнета-тели впускного воздуха. Наиболее распространенными и доработанными яв-ляются турбопоршневые двигатели с газовой связью поршневой части с тур-биной и компрессором. При этом лопаточные машины обычно жестко соеди-нены между собой. В этих конструкциях мощности турбины и компрессора практически одинаковы на всех режимах работы двигателя.

Преимущества рассматриваемой конструктивной схемы:

295

1. КПД турбины выше, чем в комбинированном двигателе с механической связью вследствие автоматического изменения соотношений между скоро-стью газов и окружной скоростью рабочего колеса турбины, обеспечиваю-щих минимальные потери на удар в лопаточном венце газовой турбины при данной нагрузке.

2. Простота конструкции и меньшие (как правило) габаритные размеры. 3. Несколько меньшие механические потери при сравнительно мало раз-

личающихся насосных потерях и потерях на трение в поршневой части ком-бинированных двигателей с газовой и механической связями.

4. Возможность использования готовых турбокомпрессоров при совре-менном состоянии развития комбинированных двигателей [1].

К числу недостатков рассматриваемых двигателей относятся: 1. Худшие по сравнению с двигателями с механической связью приеми-

стость и пусковые качества вследствие главным образом более замедленного увеличения числа оборотов турбокомпрессора припуске и увеличении мощ-ности двигателя в эксплуатации, что объясняется малым градиентом давле-ния наддува при пуске и увеличении нагрузки двигателя, определяемым инерцией роторов турбокомпрессоров.

2. Недостаточность при малых нагрузках энергии выпускных газов для приведения в движение турбокомпрессора: величина мощности турбины ма-ла для подачи в цилиндр необходимого количества воздуха, в результате чего затрудняется пуск двигателя и работа его при неполной нагрузке[1].

Отмеченные недостатки, в особенности первый, при отсутствии регули-рования турбокомпрессора являются серьезным препятствием при примене-нии газовой связи в транспортных двигателях, работающих на переменных режимах. Это относится прежде всего к двигателям наземного транспорта, работающим большую часть времени (не менее 70…80 %) на неполных на-грузках при наличии частых переходных режимов.

Все отмеченные недостатки были устранены в электрических турбоком-прессорах. Рассмотрим для примера электрический турбокомпрессор фирмы Garrett. Конструктивно он не заменяет классический турбокомпрессор, а только дополняет его установленным на валу турбокомпрессора электромо-тора между турбинным и компрессорным колесами. Такое решение позволя-ет во всем диапазоне оборотов использовать стехиометрическую смесь с полным сгоранием топлива.

Топливоподающая система двухтактных дизелей характеризуется тем, что вал топливного насоса почти во всех конструкциях вращается с числом обо-ротов, равном числу оборотов коленчатого вала, т. е. с числом оборотов, вдвое большим, чем у четырехтактного двигателя. В результате этого скоро-сти и ускорения плунжера достигают больших значений, что необходимо учитывать при конструировании кулачка и передачи, расположенной между кулачком и плунжером насоса. Увеличение давления впрыска (характерное

296

для некоторых конструкций) и цикловых подач заставляет обратить внима-ние на силовую схему насоса [1].

Для сиcтемы топливоподачи commonrail такой недостаток отсутствует, при этом обеспечивается:

– высокая скорость срабатывания; – высокая частота срабатывания; – количество впрысков за один рабочий цикл форсунки; – высокая точность дозирования топлива; – уменьшение уровня шума мотора; – повышение экологичности за счет снижения загрязненности выхлопных

газов.

Сравнительный анализ четырехтактного четырехцилиндрового двигателя

с рядным расположением поршней и двухтактного двигателя с ПДП Для сравнительного анализа выбран именно четырехцилиндровый двига-

тель с рядным расположением поршней, так как предполагается замена базо-вого двигателя на автомобиле TOYOTA PRIUS на двухтактный двигатель с ПДП. Анализ был произведен по следующим параметрам:

– габариты ДВС. Согласно измерениям габаритных размеров при проек-тировании ДВС с ПДП было рассчитано, что двигатель с ПДП на 48,3 % меньше чем базовый двигатель, и, соответственно, будет иметь малую массу. Изменение в массе силового агрегата позволит увеличить скоростные харак-теристики автомобиля или увеличить запаса хода путем установки дополни-тельных батарей;

– конструкция ДВС. В двигателе с ПДП отсутствует газораспределитель-ный механизм, на 50 % меньше скорость продольно движущихся деталей, что положительно сказывается на простоте конструкции и обслуживании двига-теля и обеспечивает значительно меньшие механические потери при работе.

Проведенные расчеты показывают возможность повышения литровой мощности и снижение расходов топлива на 7…10 %.

Заключение Результаты расчетов показывают, что двигатель с ПДП имеет наилучшие

параметры, чем базовый двигатель TOYOTA PRIUS. Основное достоинство в целом – это меньшие механические потери в сравнении с четырехтактным двигателем. Меньший расход топлива при более высоких мощностях, чем у базового двигателя повышает КПД на номинальном режиме ДВС, что и объясняет выбор двухтактного двигателя с ПДП. Также установка электри-ческого турбокомпрессора и пьезоэлектрических форсунок позволит обеспе-чить оптимальную работу двигателя в составе гибридной силовой установки.

297


1. Орлин, А. С. Комбинированные двухтактные двигатели / А. С. Орлин, М. Г. Круг-лов. – Москва : Машиностроение, 1968. – 576 с.

2. Филькин, Н. М. Расчет поршневых двигателей внутреннего сгорания : учебное пособие для выполнения курсовой работы по дисциплине «Основы расчета и эксплуа-тации автотракторных двигателей» / Н. М. Филькин, А. Н. Терентьев. – Ижевск : ИжГТУ имени М. Т. Калашникова, 2013. – 27 с.

3. Алексеев, В. П. Двигатели внутреннего сгорания. Устройство и работа поршне-вых и комбинированных двигателей / В. П. Алексеев, В. Ф. Воронин. – Москва : Ма-шиностроение, 1990. – 288 с.

4. Двигатели внутреннего сгорания. – В 3 книгах – Книга 2. Динамика и конструи-рование : учебник для вузов / В. Н. Луканин, И. В. Алексеев, М. Г. Шатров [и др.] ; под редакцией В. Н. Луканина и М. Г. Шатрова. – 2-е изд., переработанное и допол-ненное. – Москва : Высшая школа, 2005. – 400 с.

298

УДК 519.876.2

Н. А. Новокшонов, аспирант; С. М. Мочалин Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет, Омск

[email protected]

Особенности дискретно-событийного моделирования с использованием программных комплексов Arena и Anylogic Имитационное моделирование систем в широком спектре жизнедеятельности

человека является крайне эффективным механизмом принятия управленческих реше-ний, связанных с оптимизацией существующих и проектируемых систем. Рассмот-рены аспекты построения дискретно-событийных моделей транспортного обслу-живания с использованием программных комплексов Arena и AnyLogic.

Ключевые слова: дискретно-событийное моделирование, транспортное обслужи-вание, логистика, имитационное моделирование, XJ Technologies AnyLogic, RockWell Arena.

Введение

Дискретно-событийное моделирование является наиболее перспективным и эффективным методом исследования и анализа проблем транспортных сис-тем. С учетом развития информационных технологий и средств коммуника-ции, к примеру, сетей пятого поколения, представляется возможным созда-ние сложных автоматизированных транспортных систем, которые могут ав-тономно функционировать в различных условиях (городская среда и др.). Базироваться такие системы будут на принципах роевого интеллекта, и для проектирования такой системы понадобятся современные программные ком-плексы дискретно-событийного моделирования, которые позволят в полной мере, наглядно представить такую систему в различных условиях функцио-нирования.

Дискретно-событийное моделирование Данный тип моделирования является подходом построения имитацион-

ных моделей на основе представления процессов, протекающих в модели, как последовательных событий.

Дискретно-событийное моделирование применяется в широком спектре сфер жизнедеятельности – от логистики до экологической сферы. Дискретно-событийное моделирование предполагает формирование имитационных мо-делей на основе последовательностей операций (событий), что позволит от-следить все факторы (внешние и внутренние) влияющие на разрабатываемую модель. Модель необходимо разрабатывать, опираясь на принцип хроноло-

© Новокшонов Н. А., Мочалин С. М., 2021

299

гической последовательности ее элементов (выраженных четкими времен-ными рамками) [1].

Дискретно-событийное моделирование описывает функционирование и преобразование состояний моделируемой системы. Ключевым объектом модели является транзакт (абстрактный динамический объект, характери-зующийся рядом свойств и заданными параметрами), представляющий собой клиентов, поставщиков, транспортные средства и др. [5].

Типовые дискретно-событийные модели включают в себя следующие элементы:

– объект – динамическая единица, перемещающаяся по системе (органи-зует работу системы (транспортное средство и др.));

– моделируемые процессы; – события – происходящие процессы в системы, динамически изменяю-

щие ее состояние; – ресурсы, располагаемые в системе; – статистическая метрика, собирающая данные о показателях работы сис-

темы в определенные моменты времени. Дискретно-событийные модели представляют собой крайне эффективное

средство по проведению симуляций однотипных процессов, обрабатываю-щих значительные объемы информации. Такой тип моделей преобразует входные элементы в выходные с использованием четких алгоритмов, что по-зволяет называть такие модели процессно-ориентированными.

Циклы функционирования системы могут повторяться бесконечное коли-чество раз (исходя из временного периода работы моделируемой системы).

Ключевые составляющие работы такой системы: – поступающие заявки на обслуживание; – механизмы обслуживания заявок; – механизмы формирования очередей на обслуживание. Моделируемые системы можно подразделить на одноканальные и много-

канальные (с наличием очередей и их отсутствием). Главной необходимостью разработки данных моделей является оценка эф-

фективности предполагаемых мероприятий (формирование базы данных чи-словых характеристик, описывающих качество функционирования системы) и формирование показателей эффективности функционирования, таких как:

– показатель средней загруженности системы; – показатель занятости ресурсов системы; – показатель ожидания в очереди.

Программные комплексы имитационного моделирования Arena и AnyLogic

Сегодня самыми используемыми программными комплексами имитаци-онного моделирования являются Arena и AnyLogic, использующие макси-мально дружественные к пользователю элементы взаимодействия с ними, что

300

позволяет без специализированных знаний в сфере используемых языков моделирования пользоваться ими.

Интерфейс ПО Arena представлен на рисунке 1.

Рис. 1. Графический интерфейс ПО Arena

Процесс формирования модели начинается с определения и детализации необходимых элементов модели с их переносом в рабочую среду ПО, далее эти элементы соединяются в необходимой последовательности для организа-ции движения объектов этой системы.

Результаты по итогам моделирования можно представить в виде различ-ных отчетов, анимаций, графиков и др. Необходимо отметить полную со-вместимость с различными программными продуктами пакета Microsoft Office.

ПО AnyLogic представляет интерес для пользователей с более сложными задачами, к примеру, моделирование новых транспортных коридоров. Дан-ный комплекс предоставляет более широкий спектр различных методов мо-делирования (многоагентное моделирование, системная динамика и др.) [2].

Данный комплекс программного обеспечения основан на языке програм-мирования Java, опирается на главные стандарты для бизнес-приложений, благодаря чему доступен для использования на большинстве операционных платформ (Windows, Linux, MAC OS), а также имеет ориентированный на пользователя «дружественный» интерфейс (рис. 2).

301

Рис. 2. Графический интерфейс ПО AnyLogic

Для построения модели основные объекты переносятся в рабочую область программы, соединяются определенным шаблонным типом конструкций представленных на панели свойств.

AnyLogic позволяет создавать интерактивные анимации и графические интерфейсы моделируемой системы, что позволяет более глобально взгля-нуть на процессы, происходящие в системе, а также детально рассмотреть конкретные звенья [4]. ПО позволяет создавать отчеты в отдельной вкладке, называемой «Статистика», которая содержит основные механизмы сбора ста-тистических данных, графиков и др.

Рассмотрим специфику разработки модели цепи поставок. Данная цепь состоит из трех производителей и пятнадцати дистрибуторов, заказывающих различное количество товара каждые 2 дня. У каждого производителя имеет-ся личный парк грузовых транспортных средств. Производитель, получая заказ от дистрибутора, проверяет количество готовой продукции на складе, если необходимое количество имеется на складе происходит отправка ТС с товаром дистрибутору, в случае отсутствия необходимого количества това-ров дистрибутор ожидает производства товара.

Данная модель является дискретно-событийной, многоподходной, агент-ной моделью, так как основные её звенья (дистрибуторы, производственные предприятия, транспортные средства) являются агентами со своими, опреде-ленным заданными параметрами.

Программный комплекс синхронизируется с другими программными продуктами в данной модели, к примеру, картографический список считыва-

302

ется из файла Microsoft Excel, данный список синхронизируется с ГИС-системой, и на карту в реальном времени помещаются агенты системы.

Транспортные средства движутся по реальной сети дорог, маршруты соз-даются в соответствии с представленными сетями дорог в момент начала движения ТС по маршруту следования (рис. 3).

Рис. 3. Движение ТС по построенному маршруту в реальном времени

Необходимо добиться реального отражения моделью процессов транс-портного обслуживания включающих:

– поступление заявки; – обработку заявки; – отправку ТС; – разгрузку у дистрибутора; – возврат тс производителю. При создании модели необходимо смоделировать процесс ее работы, в ре-

зультате которого будет описан вышеприведенный процесс, при котором обрабатывается поступающая заявка, производится доставка товара и возврат ТС производителю (рис. 4).

Для более глубокого понимания необходимо создать анимацию модели, с помощью которой будет возможно наглядно отобразить работу системы и рассмотреть графически объекты модели (а также их поведение). Необхо-димо добавить связь с ГИС-системой (Open Maps по умолчанию) и с помо-щью шаблонных элементов программного продукта отобразить элементы модели, что позволит сделать презентацию интерактивной.

303

Рис. 4. Диаграмма процесса доставки товаров

Ключевыми объектами данной модели являются: – Vehicle – транспортное средство; – Manufacturing Centre – производственное предприятие; – Distributor – получатель товара. AnyLogic предоставляет средства сбора статистики широкого спектра по

всей области работы системы. Графический результат работы модели приве-ден на рисунке 5.

Разработанные с использованием ПО AnyLogic модели позволяют про-водить широкий спектр экспериментов с возможностью редактирования исходных параметров с целью интерпретации результатов на основе полу-чаемой статистической информации от системы в целом и от ее отдельных элементов.

304

Рис. 5. Графический результат работы модели

Вывод Таким образом, дискретно-событийное моделирование является одним из

самых наиболее эффективных механизмов принятия решений по разработке новых транспортных систем и оптимизации существующих. Одним из клю-чевых этапов формирования новых беспилотных транспортных систем, осно-ванных на технологиях искусственного интеллекта (роевых алгоритмах), яв-ляется моделирование этих систем с использованием таких программных комплексов; они позволят существенно сократить временные затраты на рас-чет показателей функционирования таких систем и предоставят самый пол-ный массив статистической информации.


1. AnyLogic. Руководство пользователя. – URL:http://www.anylogic.com/. 2. Бунцев, И. А. Создание и реализация имитационных моделей в программной

среде AnyLogic : учебное пособие для вузов. – Москва : Горячая линия – Телеком, 2016. – 154 с.

3. Шелухин, О. И. Моделирование информационных систем : учебное пособие / О. И. Шелухин, А. М. Тенякшев, А. В. Осин. – Москва :Радиотехника, 2018.

4. Боев, В. Д. Концептуальное проектирование систем в AnyLogic и GPSS World. – Москва : Национальный открытый университет «ИНТУИТ», 2016.

5. Варфоломеев, В. И. Алгоритмическое моделирование элементов экономических систем: Практикум : учебное пособие / В. И. Варфоломеев, С. В. Назаров. – Москва : Финансы и статистика, 2004. – 264 с.

305

УДК 657.6

С. Г. Павлишин, кандидат технических наук, доцент А. В. Вишневский, магистрант; А. О. Семигласов, магистрант Тихоокеанский государственный университет, Хабаровск

[email protected]

Технический аудит дилерского центра Mercedes-Benz ООО «МБ-Восток» города Хабаровска

Представлены результаты технического аудита и рекомендации по повышению

эффективности функционирования дилерской СТОА. Ключевые слова: технический аудит, дилерское предприятие автотехобслужива-

ния, техническое обслуживание, ремонт, показатели деятельности.

Введение Технико-экономический анализ хозяйственной деятельности позволяет

оценить итоговые результаты работы предприятия и является важнейшим элементом управления, благодаря которому можно определить степень влия-ния эксплуатационных, технических и организационных факторов на выпол-нение плана, выявить недостатки в работе и скоординировать дальнейшие действия по снижению затрат и повышению эффективности его функциони-рования.

Исходными данными для такого анализа являются материалы оператив-ного, бухгалтерского и статистического учетов, рассматриваемые в контексте конкретных условий эксплуатации, уровня технической оснащенности и сложившейся организационной структуры предприятия. Анализу подверга-ется основная деятельность предприятия. Его основными задачами являются: определение степени выполнения плана по производственным, эксплуатаци-онным и финансовым показателям работы станции технического обслужива-ния автомобилей (СТОА) в целом и каждого производственного подразделе-ния в отдельности; выявление причин и факторов, обуславливающих пере-выполнение или недовыполнение установленных плановых заданий и показателей работы; получение данных для выработки мероприятий по устранению причин их невыполнения и ликвидации потерь на производстве, а также оценка эффективности их внедрения [1].

Технический аудит – это независимая экспертная оценка эффективности работы организации и ее потенциала, а также выработка рекомендаций по их увеличению за счет существующих мощностей, без дополнительных капита-ловложений.

© Павлишин С. Г., Вишневский А. В., Семигласов А. О., 2021

306

Результаты технического аудита Дилерский центр Mercedes-Benz ООО «МБ-Восток» Хабаровска – это

торгово-обслуживающая компания, выступающая в роли посредника между заводом-изготовителем транспортных средств и их покупателями. Основны-ми задачами дилера являются: продажа и выполнение предпродажной подго-товки; техническое обслуживание и ремонт (в том числе рекламационный) в гарантийный и послегарантийный периоды эксплуатации; снабжение ори-гинальными запасными частями и рекомендуемыми производителем техни-ческими жидкостями и расходными материалами автотранспортных средств (АТС). Для обеспечения большей прибыли услуги по техническому обслужи-ванию и ремонту автомобилей дилеру необходимо выполнить качественно и в кратчайшие сроки, чтобы, с одной стороны, повысить производитель-ность работы постов, участков и подразделений, с другой – в полной мере удовлетворять потребности клиентов [2].

Практика работы СТОА ООО «МБ-Восток» за 2020 г. выявила ряд нега-тивных тенденций: увеличение времени простоя АТС в техническом обслу-живании (ТО) и текущем ремонте (ТР), рост количества ее возвратов на по-вторные ТР клиентами из-за некачественного его проведения.

Чтобы установить причины уменьшения числа клиентов, ухудшения ка-чества проводимых работ и предложить эффективные меры по предотвраще-нию указанных негативных тенденций, была проведена оценка следующих показателей [3, 4]:

а) технической и экономической деятельности производственных зон, це-хов и участков предприятия, а также склада запасных частей и материалов;

б) технологической оснащенности в части наличия необходимого обору-дования и инструмента для диагностирования (Д), ТО и ТР автомобилей;

в) уровня подготовки специалистов (инженерно-технических работников и автослесарей).

Дилерский центр Mercedes-Benz ООО «МБ-Восток» оказывает владель-цам грузовых транспортных средств следующие услуги:

– предпродажная подготовка и продажа новых автомобилей; – диагностические и регулировочные работы различной сложности; – ТО, текущий и рекламационный ремонты АТС; – продажа оригинальных запасных частей для автомобилей Mercedes-

Benz, а также рекомендуемых производителем технических жидкостей; – выполнение ремонтных работ за пределами сервисного центра – «вы-

ездной сервис»; – работы по переоборудованию автомобилей; – ремонт прицепов и полуприцепов. Сроки выполнения указанных работ (оказания услуг) составляют: – в случае оказания сервисных услуг за пределами территории предпри-

ятия – до 30 дней с даты приезда специалиста к местонахождению АТС, под-

307

лежащего ремонту или обслуживанию. Следует отметить, что сроки выпол-нения работ могут быть увеличены в случае возникновения необходимости в дополнительном приобретении запасных частей (при их отсутствии на складе);

– в случае оказания сервисных услуг на территории предприятия – по со-гласованию сторон после непосредственного осмотра АТС специалистами.

Стоимость услуг составляет (цены указаны без учета НДС): – 1 час работы специалиста – 2275,00 руб.; – 1 час работы специалиста с диагностическим оборудованием Xentry

Diagnostics – 3508,33 руб.; – 1 час работы специалиста при отборе проб технических жидкостей –

2708,33 руб. Стоимость анализа проб технических жидкостей, вне зависимости от мес-

та отбора, на выезде или в СТОА, составляет: – 1 проба для анализа масла – 1516,67 руб.; – 1 проба для анализа охлаждающей жидкости – 1333,33 руб.; – 1 проба масла для определения основного щелочного числа (TBN) –

3108,33 руб.; – 1 час проезда сервисного специалиста до места выполнения работ и об-

ратно на служебном автомобиле предприятия – 1183,33 руб.; – 1 час проезда сервисного специалиста к месту проведения работ (все

время пути, включая ожидание транспорта) на общественном транспорте, или на транспорте заказчика, или иным транспортом – 1283,33 руб.;

– 1 км пробега сервисного автомобиля предприятия – 32,5 руб. Основными показателями работы любого дилерского центра, по нашему

мнению, являются [3, 5]: 1) технико-экономические показатели деятельности, такие как количество

постов и рабочих, продолжительность рабочего дня, стоимость нормо-часа, выручка, продуктивность работы и эффективность обслуживания АТС пер-соналом, а также такие, как ремонт с первого раза и количество проданных нормо-часов и запасных частей на один автомобилезаезд;

2) наличие соответствующего технологического оборудования и инстру-мента, которые используются при проведении Д, ТО и ТР автомобилей. Этот критерий оценивается путем сравнения имеющегося в наличии и рекомен-дуемого фирмой-производителем перечней оборудования;.

3) квалификация инженерно-технического персонала СТОА, организую-щего и проводящего работы Д, ТО и ТР, так как от нее зависят качество и продолжительность выполнения работ, что в конечном счете влияет и на величину выручки дилерского центра. Добросовестное выполнение работ по ТО и ремонту определяет уровень доверия клиентов и позволяет привлекать на СТОА большее их количество, а соответствующий уровень знаний персо-нала позволяет снизить трудовые и материальные затраты на поиск и устра-нение отказов и неисправностей;

308

4) организация складского хозяйства и обеспечение запасными частями постов ТО, ТР и клиентов. Это также является важной составляющей деталь-ности любой дилерской СТОА, а грамотный анализ номенклатуры и количе-ства необходимых для хранения агрегатов, узлов и деталей обеспечивает вы-сокую эффективность работы склада и снижение издержек на его содержание [4]. Следует отметить, что минимальная стоимость склада запасных частей регламентируется фирмой-изготовителем. Дилеру предоставляется перечень запасных частей, которые всегда должны быть на складе. Также СТОА может закупать товары, которые пользуются спросом в регионе.

В таблице 1 представлены основные результаты технического аудита.

Таблица 1. Результаты технического аудита СТОА № Показатель Соответствие требованиям

1 Количество постов 2 уборочно-моечных и 7 уни-

версальных проездных постов ТО (ТР)

2

Наличие производственных площадей для ремонта узлов, систем, агрегатов и проведе-ния слесарно-механических, сварочных и дру-гих видов работ

Имеются агрегатный, гидрав-лический, слесарно-механиче-ский и сварочный участки

3 Наличие установки для мойки деталей Имеется установки ТА-100

SKYTEXON для ручной мойки и автоматическая модели АМ1150

4 Уровень технической оснащенности – нали-

чие необходимого оборудования в процентах от требуемого

Имеется около 85 % от рекомен-дуемого перечня оборудования

5 Производственная площадь, м2 Более 800

6 Квалификация персонала (наличие дипломов

и аттестатов о прохождении обучения или повышения квалификации)

Более чем у 75 % работников

7 Наличие склада для хранения технологиче-ского оборудования

Имеется складское помещение площадью 30 м2

8 Количество позиций, хранящихся на складе запасных частей и их суммарная стоимость

Около 263 позиций общей стои-мостью примерно 19 млн руб.

Для обоснования целесообразности наличия отдельных цехов (участков)

СТОА и выработки мероприятий по повышению показателей эффективности их деятельности был также проведен анализ востребованности отдельных услуг. На рисунке 1 представлена структура характерных заявок на услуги по автомобилям моделей Mercedes-Benz Actros и Mercedes-Benz Axor, являю-щихся лидерами по продажам в Дальневосточном федеральном округе (ДФО).

309

Рис. 1. Структура заявок на услуги: 1 – техническое обслуживание; 2 – ремонт узлов и агре-гатов; 3 – ремонт элементов ходовой части (характерно для условий эксплуатации в ДФО); 4 – прочие услуги

Следует отметить, что СТОА ООО «МБ-Восток» имеет необходимую производственно-техническую базу для качественного проведения работ по Д, ТО и ремонту автомобилей марки Mercedes-Benz. Так как на техническое обслуживание и ремонт принимаются только чистые автомобили, то преду-смотрены два поста для уборочно-моечных работ, а за степень готовности транспорта к ТО или ТР отвечает мастер-приемщик.

Проведенное исследование выявило, что в 2020 г. наблюдается снижение загруженности производственных зон и цехов СТОА. Это происходит по следующим причинам:

– эпидемиологическая обстановка как в мире, так и в ДФО в частно-сти, которая привела к кризису в экономике и падению объемов перевозок грузов;

– падение курса рубля, в результате чего увеличилась стоимость запасных частей и технических жидкостей зарубежного производства и, как следствие, оказываемых услуг ТО (ТР);

– ухудшение качества проводимых работ и увеличение количества воз-вратов АТС по производственным причинам;

– снижение в ДФО продаж как новых, так и бывших в эксплуатации авто-мобилей, что обусловлено влиянием эпидемиологической ситуации и тем же падением курса рубля;

– увеличение количества конкурентов на рынке услуг по техническому обслуживанию и ремонту грузовых автомобилей в Хабаровском крае и ДФО.

Это в целом привело к снижению не только объемов продаж (табл. 2), но и количества заездов автомобилей на СТОА за 2020 г., по сравнению с 2019 (табл. 3), а значит, к уменьшению прибыли дилерского центра.

310

Таблица 2. Объем продаж АТС

Модель ТС Средняя стоимость, руб. Объемы продаж по годам, шт. 2019 2020

Mercedes-Benz Arocs 10 000 000 37 28 Mercedes-Benz Axor 5 000 000 14 12

Таблица 3. Количество автомобилезаездов на СТОА

Марка и тип автомобиля Количество автомобилезаездов на ТО и ТР по годам 2019 2020

Mercedes-Benz Arocs 224 187 Mercedes-Benz Axor 132 114

Выводы

Результаты технического аудита позволяют сделать следующие основные выводы: СТОА ООО «МБ-Восток» имеет современную производственно-техническую базу и хорошо обученный персонал, однако из-за отрицательно-го влияния экономического кризиса, приведшего к сокращению продаж но-вой техники и запасных частей к ней, а также из-за падения объемов грузо-вых перевозок в ДФО и других причин наблюдается снижение количества заявок на проведение Д, ТО и ремонтов АТС.

Для увеличения количества заездов и привлечения дополнительной кли-ентуры, по нашему мнению, необходимо вести более агрессивную реклам-ную компанию в регионе, предусмотреть дополнительные скидки для посто-янных клиентов, перейти на сдельную форму оплаты труда ремонтных рабо-чих, провести диверсификацию перечня оказываемых услуг, в частности целесообразно дозагрузить производственные мощности и оборудование пу-тем организации оказания услуг владельцам других фирм-производителей, в том числе и легковых автомобилей. Расширить номенклатуру продаваемых на СТОА технических жидкостей, а также оптимизировать номенклатуру хранящихся на складе запасных частей, так как любые их излишки или от-сутствие приводят к дополнительным затратам СТОА или увеличению про-стоев АТС.


1. Разговоров, К. И. Аудит и аттестация дилерских станций автотехобслуживания. – Мир транспорта, 2014. – 153 с.

2. Павлишин, С. Г. Сравнение фирменных систем технического обслуживания и ремонта АТС производителей Японии, Южной Кореи, Китая и России, реализуемых в Дальневосточном федеральном округе /С. Г. Павлишин, А. А. Бянкин, Д. С. Павли-шин // Автомобильная промышленность. – 2012. – № 8. – С. 26–29.

3. Разговоров, К. И. Результаты технического аудита дилерских предприятий ав-тотехобслуживания // Автомобильная промышленность. – 2014. – № 10. – С. 24–26.

311

4. Барыкин, А. Ю. К вопросу ограниченности принципа паретоэффективности при проведении ABC-анализа номенклатуры автомобильных запасных частей / А. Ю. Ба-рыкин, Р. Х. Тахавиев // Автомобильная промышленность. – 2015. – № 9. – С. 24–25.

5. Павлишин, С. Г. Технический аудит дилерского центра Iveco и Hino г. Хабаров-ска / С. Г. Павлишин, Д. Е. Баранов, А. А. Бянкин // Автотранспортное предприятие. – 2016. – № 5. – С. 24–27.

312

УДК 629.01

М. В. Песенко, магистрант; В. В. Сиваков, доцент Брянский государственный инженерно-технологический университет


Применение центробежного вентилятора в системе охлаждения ДВС

Система охлаждения является необходимой для правильной работы двигателя

внутреннего сгорания. Вентилятор – один из важных ее элементов, обеспечивающий отвод тепла в окружающую среду. В рамках данной статьи описывается методика расчета центробежного вентилятора – нестандартного решения в системе охлаж-дения двигателя автомобиля вместо применяемого осевого вентилятора.

Ключевые слова: охлаждение, расчет, центробежный вентилятор.

Введение Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания – это сложная сис-

тема, обеспечивающая его бесперебойную работу. Поскольку наземные транспортные средства развиваются, область их применения постоянно рас-ширяется. Одна из таких областей – это вездеходные машины, имеющие воз-можность преодолевать водную преграду вплавь. Для них целесообразно ис-пользовать центробежный вентилятор в системе охлаждения [1], чтобы обес-печить герметичность моторного отсека для достижения дополнительного водоизмещения. Двигателя таких автомобилей могут быть разные по мощно-сти, а значит и требовать более эффективную систему охлаждения, поэтому необходимо разобраться, как именно производить расчёт вентилятора под конкретную систему охлаждения [2, 3].

Методика расчета центробежного вентилятора Обычно центробежные вентиляторы представляют собой лопастную тур-

бину, которая находится в «улитке» – незамкнутом контуре, который направ-ляет воздушный поток. При вращении рабочего колеса воздух, попадающий между лопатками, движется радиально от центра и при этом сжимается. Под действием центробежной силы воздух выдавливается в спиральный корпус, а затем направляется в воздуховод (рис. 1) [4].

При проектировании и расчете центробежного вентилятора ставится, как правило, задача по обеспечению требуемой производительности Q при пол-ном давлении ΔP и хорошем полном коэффициенте полезного действия η.

Ранние конструкции подобных вентиляторов показали, что расчет цен-тробежных вентиляторов на теоретической основе невозможен, поскольку

© Песенко М. В., Сиваков В. В., 2021

313

потери, снижающие теоретически возможную полезную работу, расчетным путем определить нельзя [5].

Рис. 1. Общая конструкция центробежного вентилятора в сборе

Прежде чем приступать к расчету, необходимо решить вопрос о форме лопаток рабочего колеса в зависимости от производительности и полного давления. После рассмотрения форм лопаток и характеристик можно перехо-дить к определению внешней окружной скорости рабочего колеса u2 и выбо-

ру соотношения диаметров 1

2,

dd

а затем назначить размеры всасывающего

и нагнетательного отверстий. Далее определяется число и ширина лопаток, а также угол входа на лопатки. Все эти данные должны быть взаимно увязаны.

Для наиболее распространенных областей применения центробежных вентиляторов необходимо выбрать целесообразную форму лопаток.

Для системы охлаждения требуется большой объем воздуха, а форма ло-паток может быть как радиальной, так и загнутой назад или вперед.

Коэффициент давления 22

2 PpuΔ

ψ = получается опытным путем посредством

измерения давления и скорости вращения. Для геометрически подобных вентиляторов при одинаковых рабочих ре-

жимах имеют место примерно равные значения коэффициентов давления,

которые зависят от формы и числа лопаток, отношения диаметров 1

2,

dd

раз-

меров конструкции и особенно от качества исполнения.

314

Максимально достижимые коэффициенты давлений составляют для вен-тиляторов с лопатками, загнутыми назад, – 1,4, с радиально оканчивающими-ся – 1,6 и с загнутыми вперед – 2,2; коэффициенты давления, соответствую-щие режиму максимального КПД, чаще всего ниже приведенных значений. Обычно при указании коэффициентов давления для оптимального режима работы подразумевается среднее значение.

Окружная скорость u2 определяется при известном коэффициенте из фор-мулы

22 .PupΔ

=ψ

(1)

Для удельного веса воздуха γ = 1,225 кг/м3, и формула упрощается до

2 4 .Pu Δ=

ψ (2)

Максимально допустимая окружная скорость ограничивается не только напряжениями от центробежной силы на переднем и заднем дисках рабочего колеса, но и другими условиями. При высоких окружных скоростях необхо-дима тщательная статическая и динамическая уравновешенность рабочего колеса.

Зная необходимую окружную скорость u2 для обеспечения определенного давления, внешний диаметр рабочего колеса d2 можно определить из форму-

лы 22 .

60d n

uπ

= Для указанной скорости вращения

22

60.

ud

n=

π (3)

Внутренний диаметр рабочего колеса d1 зависит, с одной стороны, от тре-

буемого отношения диаметров 1

2

,dd

с другой – от диаметра входного отверстия.

Потери в вентиляторе снижаются с уменьшением отношения 1

2

.dd

Для

создания высокого статического давления согласно II уравнению Эйлера тре-буется соответствующая величина первого члена

( )2 22 1 .

2pu u− (4)

Обычное соотношение диаметров 1

2

dd

для вентиляторов низкого давления

составляет не менее 0,75, а в вентиляторах больших размеров доходит до 0,9.

315

Вентиляторы среднего давления (от 100 до 300 мм. вод. ст.) требуют при

малых производительностях 1

2

dd

от 0,75 до 0,55, при больших установках – от

0,75 до 0,65.

Для вентиляторов высоких давлений значение 1

2

dd

уменьшается до вели-

чины 0,4 ниже. Последние величины даны с учетом необходимости повыше-ния статического давления.

Радиально оканчивающиеся лопатки применяются многосторонне. Их преимущество в небольших потерях трения в межлопаточном канале, высо-кие коэффициенты давления и высокие коэффициенты полезного действия. Такие лопатки имеют следующие вентиляторы:

– вентиляторы низкого давления при 1

2

dd

от 0,75 до 0,85 с числом лопаток

z от 16 до 36 и более и с коэффициентами давления от 1,0 до 1,2; – вентиляторы среднего давления для производительностей ниже 3 м3/с

при 1

2

dd

равном или меньшем 0,65 и для больших производительностей при

1

2

0,7dd

≈ с числом лопаток z от 12 до 18 и коэффициентами давления от 1,3

до 1,4;

– вентиляторы высокого давления при 1

2

,dd

меньшем 0,55, с числом лопа-

ток от 16 до 20 и коэффициентами давления от 1,4 до 1,5.

Рис. 2. Вентилятор среднего давления с радиальными лопатками

316

Недостатком таких лопаток является значительное увеличение потреб-ляемой мощности при увеличении производительности, что вызывает пере-грузку электродвигателя и усиление шума.

Вентиляторы, имеющие загнутые назад лопатки, потребляют меньше мощности после увеличения нормальной производительности и не имеют крутого подъема. Лопатки, загнутые назад, применяются в вентиляторах с любым давлением, но главным образом в вентиляторах с повышенным и высоким давлением.

По типу они разделяются:

– на вентиляторы низкого давления с отношением диаметров 1

2

dd

от 0,75

до 0,85, с числом лопаток z от 20 до 60 и коэффициентами давления от 0,7 до 0,9;

– вентиляторы среднего и высокого давления с отношением 1

2

dd

от 0,6

и ниже, с числом лопаток z от 10 до 24 и коэффициентами давления для сред-

них давлений от 1,0 до 1,1, для высоких в зависимости от отношения 1

2

dd

– 1,15

до 1,25. Вентиляторы с загнутыми назад лопатками могут развивать большое дав-

ление и имеют высокую производительность, причем окружные скорости здесь меньше, чем при любых других формах лопатки. Это дает возможность применять небольшие диаметры рабочих колес и создавать экономически более выгодные конструкции.

Направляющим устройством является кожух, являющийся собирающим устройством. Он представляет собой логарифмическую спираль (рис. 3).

Поток воздуха движется по радиусу r2 и после прохождения дуги достига-ет радиуса r3. Если по такой форме выполнить закрытую спиралевидную по-верхность с постоянной шириной b2, то при вращении рабочего колеса рас-ход воздуха при площади выходного отверстия (r3 – r2) будет

36060 .QQ

n° =π

(5)

Увеличение радиуса кривизны и площади поперечного сечения b2(r – r2) непропорционально расходу воздуха Qφ, но согласно уравнению логарифми-ческой спирали совпадает с уменьшением окружной составляющей cu. Опре-деление логарифмической спирали проводится через уравнение

2

2 2

ln ,m

u

crr c

= ϕ (6)

317

или

2

2 2

ln .57,3

m

u

crr c

οϕ= (7)

Отсюда определяется радиус r как радиус кривизны логарифмической спирали для каждого центрального угла φ [6, 7].

Рис. 3. Спиральный кожух

Выводы и рекомендации Проведя все расчеты и получив необходимые данные, можно приступать

к созданию вентилятора, который будет установлен в автомобиле. Недостаток данного метода в том, что реальная работа системы охлажде-

ния на автомобиле может не обеспечить полноценного охлаждения, посколь-ку не учитываются условия эксплуатации транспортного средства. Это при-ведет к дополнительным расчетам и большим затратам на доводку конструк-ции до рабочего состояния. Поэтому авторами планируется проведение моделирования в расчетном комплексе ANSYS.


1. Песенко, М. В. Применение центробежного вентилятора в системе охлаждения для обеспечения возможности плавания грузового автомобиля / М. В. Песенко, В. В. Сиваков // Модернизация и научные исследования в транспортном комплексе. – 2020. – Т. 1. – С. 101–105.

2. Что такое центробежный (радиальный) вентилятор. – URL: http://www.topclimat.ru/ publications/chto-takoe-centrobezhnyi-ventilyator.html (дата обращения: 07.04.2021).

318

3. Устройство и принцип работы системы охлаждения двигателя. – URL: https://techautoport.ru/dvigatel/sistema-ohlazhdeniya/sistema-ohlazhdeniya-dvigatelya.html (дата обращения: 08.04.2021).

4. Вентиляторы. – URL: http://kskz.ru/stati_ventilyatory (дата обращения: 11.04.2021). 5. Чем отличаются осевой и радиальный вентиляторы. – URL: https://megaholod.ru/

articles/chem_otlichayutsya_osevoy_i_radialnyy_ventilyatory/ (дата обращения: 20.09.2020). 6. Бак, О. Проектирование и расчет вентиляторов. – Москва : Госгортехиздат,

1961. – 361 с. 7. Артамонов, М. Д. Основы теории и конструирования автотракторных двигате-

лей: Конструирование и расчет автомобильных и тракторных двигателей : учебник для вузов. – Москва : Высшая школа, 1978. – 133 с.

319

УДК 62-1/-9

М. В. Песин, доктор технических наук, профессор А. С. Рукина, студент

Пермский национальный исследовательский политехнический университет [email protected]

Технологические особенности

поверхностного пластического деформирования для обработки деталей транспортно-технологических

машин и комплексов Обработка поверхностей деталей без снятия стружки основана на пластиче-

ском деформировании поверхностных слоев, в результате чего обеспечивается сглаживание шероховатости поверхности, упрочнение поверхности, образование новой геометрической формы поверхности, формирование остаточных напряжений в поверхностном слое. Наиболее распространенными процессами пластического де-формирования (ППД) являются калибрование, обкатывание и раскатывание, алмаз-ное выглаживание, вибронакатывание, наклепывание инструментами центробежно-ударного действия.

Ключевые слова: поверхностное пластическое деформирование, дробеструйное упрочнение, холодная пластическая деформация, поверхностный слой материала, усталостная прочность, остаточные напряжения, виброударная обработка, нанострук-турирование поверхности.

Введение

Современное машиностроение стремительно развивается, появляются новые требования к обработке поверхностей металла. Среди различных методов упрочнения деталей машин особое место занимают методы по-верхностного пластического деформирования (ППД). Его используют для повышения долговечности различных деталей машин и транспортно-технологических комплексов. При проработке темы исследований были взяты широко распространенные технологии ППД на крупнейших машино-строительных предприятиях Перми и Пермского края, таких как АО «ОДК-Пермские Моторы», АО «Пермский завод «Машиностроитель», АО «Очер-ский машиностроительный завод», ОАО «Александровский машинострои-тельный завод» и др.

В работе отмечена актуальность проводимых исследований новых спосо-бов поверхностного пластического деформирования обработки деталей ма-шин и механизмов.

© Песин М. В., Рукина А. С., 2021

320

Технологические особенности ППД Поверхностное пластическое деформирование (ППД) как вид упрочняю-

щей обработки, при котором не образуется стружка, а происходит пластиче-ское деформирование тонкого поверхностного слоя заготовки – распростра-ненный и эффективный способ повышения сопротивления усталости деталей машин. В этой связи применение ППД позволяет эффективно влиять на по-вышение долговечности деталей, работающих в условиях циклических на-грузок, трения и воздействия коррозионных сред и имеющих концентраторы напряжений, места посадок с гарантированным натягом [1–4].

Одним из наиболее важных результатов ППД является возникновение в поверхностном слое металла остаточных напряжений сжатия. Причина их возникновения заключается в том, что при пластической деформации по-верхностные слои металла увеличиваются в объеме, однако этому препятст-вуют нижележащие слои. В результате первые оказываются под воздействи-ем остаточных напряжений сжатия, а вторые – под воздействием остаточных растягивающих напряжений. ППД также изменяет микрорельеф поверхности и улучшает физико-механические свойства поверхностного слоя за счет по-вышения твердости, предела текучести и сопротивления отрыву.

ППД осуществляется инструментом, деформирующие элементы которого (шарики, ролики или тела иной конфигурации) взаимодействуют с обрабаты-ваемой поверхностью по схемам качения, скольжения или внедрения. Основные методы ППД показаны на рисунке 1 [5].

Рис. 1. Основные методы ППД: а – обкатывание; б – накатывание; в – раскатывание;

г – виброобкатывание; д – дорнование

321

При ППД в результате деформационного упрочнения в поверхностном слое возникают сжимающие остаточные напряжения, сглаживание неровно-стей и улучшение их профиля, повышается прочность деталей при перемен-ных нагрузках в 1,5…2,5 раза, а долговечность – в 5…10 раз и более. Досто-инством ППД является технологическая универсальность и экономичность метода. По характеру взаимодействия инструмента с деталью методы ППД подразделяется на статические и ударные. Статическое ППД осуществляется перемещением инструмента вдоль обрабатываемой поверхности с постоян-ной или закономерно изменяющейся силой деформирования или глубиной внедрения. Ударное ППД осуществляется нанесением инструментом случай-но распределенных или регулярных ударов по детали. Поверхностное пла-стическое деформирование металла применяется при восстановлении деталей из стали, чугуна, цветных металлов и сплавов, обладающих достаточной пла-стичностью. В процессе ППД образуется упорядоченная текстура волокни-стого характера. Упрочнение металла в незакаленных сталях происходит за счет структурных изменений и уменьшения несовершенств (рыхлости, дроб-ление зерен, уменьшение дислокаций и др.). В случае упрочнения закален-ных сталей, кроме того, идет частичное превращение остаточного аустенита в мартенсит. Поверхность, обработанная ППД, становится более долговечной и износостойкой [6, 7].

Для упрочняющей обработки цилиндрических деталей малой жесткости разработаны новые технологические процессы поверхностного пластическо-го деформирования. В основе упрочняющих процессов использованы тради-ционные схемы обработки металлов давлением, калибровка и поперечная прокатка. Новые процессы локального упрочнения деталей машин построены на изменении кинематики обработки, центробежном упрочнении и упрочне-нии роликом с измененной кинематикой вращения.

Заключение Поверхностное пластическое деформирование профильными роликами на

рациональных режимах является технологическим процессом, обеспечиваю-щим формирование рациональных сжимающих напряжений в очаге упруго-пластической деформации. В современном машиностроении применяются следующие основные методы:

• для получения высококачественных заготовок из калиброванной стали разработан способ охватывающего ППД с использованием в качестве рабоче-го инструмента кольцевой индентор матрицу;

• для обеспечения стабильности относительного обжатия, не зависящего от величины поля допуска на обрабатываемый размер, разработан обкатник центробежного типа, формирующий стабильное рабочее давление в очаге деформации;

• для обработки небольших по размерам маложестких деталей предлага-ется использовать поперечную обкатку плоскими плитами, которая является

322

не только высокопроизводительным технологическим процессом, но и по-зволяет получать высокое качество поверхностного слоя;

• для повышения стойкости деформирующего инструмента и формиро-вания регулярного микрорельефа на упрочненной поверхности разработан технологический процесс отделочно-упрочняющей обработки осциллирую-щим выглаживанием.

Интенсификацию напряженного состояния, которая необходима для снижения радиальной нагрузки при упрочнении деталей малой жесткости, можно обеспечить за счет использования деформирующего инструмента с новой кинематикой рабочего движения.

Вывод Представленные исследования раскрывают новые технологические воз-

можности поверхностного пластического деформирования при изготовлении деталей транспортно-технологических машин и комплексов. Предложено использовать способ, который отличается кинематикой процесса, формой и расположением деформирующего элемента. С помощью разработанной схемы упрочнения возможно достижение высокой степени упрочнения при поверхностном пластическом деформировании по сравнению с традиционны-ми способами


1. Гетерогенное упрочнение резьб и профилей поверхностным пластическим де-формированием / А. Н. Афонин, А. В. Макаров, А. И. Ларин, Е. М. Мартынов // Науч-но-технический вестник Поволжья. – 2018. – № 6. – С. 41.

2. Технология и инструменты отделочно-упрочняющей обработки деталей по-верхностным пластическим деформированием : справочник. – В 2 томах. – Т. 2. / С. К. Амбросимов, А. Н. Афонин, А. П. Бабичев [и др.] ; под общей редакцией А. Г. Суслова. – Москва : Машиностроение, 2014. – 444 с.

3. Справочник технолога-машиностроителя. – В 2 томах. – Т. 2 / В. Н. Андреев, А. Н. Афонин, В. Ф. Безъязычный [и др.]. – Москва : Инновационное машинострое-ние, 2018. – 818 с.

4. Киричек, А. В. Резьбонакатывание / А. В. Киричек, А. Н. Афонин. – Москва : Машиностроение, 2009. – 312 с. – (Библиотека технолога).

5. Ежелев, А. В. Анализ способов обработки поверхностно-пластическим дефор-мированием. / А. В. Ежелев, И. Н. Бобровский, А. А. Лукьянов // Фундаментальные исследования. – 2012. – № 6. – Ч. 3. – С. 642–646.

6. Pesin, M. V. Improving the Reliability of Threaded Pipe Joints. Russian Engineering Research, 2012, vol. 32, no. 2, pp. 210-212.

7. Повышение усталостной прочности резьбы деталей машиностроения / А. В. Григорьева, Р. А. Туранский, Р. К. Шакиров, М. В. Песин // Инновационные технологии: теория, инструменты, практика. – 2014. – Т. 2. – С. 437–443.

323

УДК 62-1/-9

М. В. Песин1, доктор технических наук, доцент В. Ф. Макаров1, доктор технических наук, профессор

Е. С. Макаренков1, магистр; О. А. Халтурин1, старший преподаватель А. А. Павлович1,2, аспирант; С. А. Мельников1, инженер

1Пермский национальный исследовательский политехнический университет 2ЗАО «СКБ», Пермь

[email protected] Технологическое обеспечение надежности резьб деталей транспортно-технологических машин и комплексов

Предоставлен анализ основных методов упрочнения высоконагруженных резьб

деталей транспортно-технологических машин и комплексов с целью повышения со-противления усталости. В качестве рационального метода предложено поверхност-ное пластическое деформирование резьбы для повышения значения показателя на-дежности, особенную роль это имеет при эксплуатации резьбового соединения в критических условиях. Проектирование технологического процесса обработки де-талей с резьбой, применяемых в автомобиле и тракторостроении, связано с использованием специального деформирующего ролика, с определением силы его прижима к обрабатываемой поверхности. В результате работы установлено, что применение поверхностного пластического деформирования приводит к образованию в резьбе сжимающих остаточных напряжений, что обеспечивает увеличение на-дежности резьбового соединения.

Ключевые слова: резьбы, обкатывание роликом, остаточные напряжения, по-верхностное пластическое деформирование, упрочнение.

Введение

К технологическим службам предприятий машиностроения поступают запросы заказчиков на продукции с увеличенными эксплуатационными тре-бованиями, что приводит к соответствующей организации технологической подготовки производства, обеспечивающей повышение характеристик това-ра. Как правило, существенное повышение себестоимости товара происходит из-за замены марки материала детали, что делает его более прочным.

В машиностроении, где применяются разъемные соединения, важной со-ставляющей конструкции является резьба как элемент, отвечающий за ее долговечность. Исследователями проделана значительная работа по опреде-лению направлений в упрочнении резьбового соединения, например, химико-термическая обработка, использование высококонцентрированной энергии в виде плазмы, поверхностное пластическое деформирование с использованием

© Песин М. В., Макаров В. Ф., Макаренков Е. С., Халтурин О. А., Павлович А. А.,

Мельников С. А., 2021

324

ультразвука и разновидность методом поверхностного пластического дефор-мирования – обкатыванием профильным роликом [1–5].

Для повышения конкурентоспособности ответственных деталей машин разработчики применяют технологии упрочняющей обработки, что, в значи-тельной степени, определяет повышение их эксплуатационных параметров.

Технологическое обеспечение эксплуатационных характеристика автомобилей

Так, суть метода упрочнения плазмой поверхности детали основана на свойстве плазменной струи формировать на сравнительно малом участке об-рабатываемой поверхности поток тепловой энергии достаточно высокой плотности, который требуется для нагрева металла детали.

По величине температурного поля, принимаемого за основной показатель плазмы, есть возможность исследовать структурное состояние и фазовый состав поверхностного слоя материала в зависимости от скорости нагрева и охлаждения [6].

Можно выделить следующие основные преимущества химико-термиче-ской обработки [7]: слой, контактирующий с ответной поверхностью, стано-вится упрочненным; после обработки существенно повышается микротвер-дость поверхности.

При исследовании метода отмечено, что он является существенно затрат-ным. Установлено, что процесс обработки ультразвуковом имеет значительно большую мощностью по отношения к технологическому процессу обкатыва-ния [8–10].

Формирование упрочненной структуры поверхностного слоя обусловлено физической сущностью статико-импульсной обработки, основой которой являются динамические и статические нагружения деформирующего инст-румента на обрабатываемую поверхность. Первое воздействие создает на-пряжения в зоне контакта инструмента и заготовки при сравнительно не-большой величине затраченной энергии, второе – способствует эффективной трансляции ударного импульса. Для формирования ударных импульсов при статико-импульсной обработке, как правило, используют генераторы им-пульсов на основе принципов гидравлики или электричества. Данные уст-ройства обеспечивают передачу удара на деформирующий инструмент с по-мощью специальной системы, формирующей ударные импульсы, которые при соответствующих условиях приводят к пластической деформации мате-риала [11].

Повышение сопротивления усталости резьбовых соединений деталей ав-томобилей целесообразно выполнять поверхностно пластической деформа-цией. Достигается изменение надежности за счет упрочнения поверхности впадины резьбы при оптимальной силе прижатия ролика. Особенности раз-биения твердотельной конструкции обкатывающего ролика и детали для мо-делирования процесса упрочнения показано на рисунке.

325

Моделирование процесса упрочнения профиля резьбы

Введение в технологический процесс поверхностного пластического де-формирования резьбовой поверхности ведет к формированию в поверхност-ном слое рациональных сжимающих остаточных напряжений, что повышает сопротивление усталости и долговечность деталей с высоконагруженными резьбами.

Выводы По итогам проведенной научно-практической работы оформлены сле-

дующие выводы: • метод поверхностной пластической деформации является эффектив-

ным технологическим методом, повышающим сопротивление усталости резьбовых соединений;

• метод обкатывания поверхности специальным профильным роликом имеет ряд существенных преимуществ;

• для осуществления технологии обкатывания поверхности требуются минимальные затраты.


1. Песин, М. В. Исследование остаточных напряжений при упрочнении резьбы бу-рильных труб // Экспозиция Нефть Газ. – 2018. – № 4 (64). – С. 67–69.

2. Повышение усталостной прочности резьбы деталей машиностроения / А. В. Григорьева, Р. А. Туранский, Р. К. Шакиров, М. В. Песин // Инновационные технологии: теория, инструменты, практика. – 2014. – Т. 2. – С. 437–443.

3. Песин, М. В. К моделированию обкатки резьбовой поверхности бурильных труб // Академический журнал Западной Сибири. – 2013. – № 4 (47). – С. 27–28.

4. Песин, М. В. Повышение надежности резьбовых соединений нефтегазовых из-делий // Технология машиностроения. – 2011. – № 9. – С. 49–50.

5. Песин, М. В. Повышение надежности резьбовых соединений труб // СТИН. – 2011. – №11. – С. 39–40.

326

6. Песин, М. В. Повышения надежности бурильных труб на стадии проектирова-ния путем использования математического моделирования процесса упрочнения резьбовой поверхности / М. В. Песин, Е. Д. Мокроносов // Экспозиция Нефть Газ. – 2013. – № 2 (27). – С. 56–57.

7. Гетерогенное упрочнение резьб и профилей поверхностным пластическим де-формированием / А. Н. Афонин, А. В. Макаров, А. И. Ларин, Е. М. Мартынов // Науч-но-технический вестник Поволжья. – 2018. – № 6. – С. 41.

8. Технология и инструменты отделочно-упрочняющей обработки деталей по-верхностным пластическим деформированием : справочник. – В 2 томах. – Т. 2. / С. К. Амбросимов, А. Н. Афонин А. П. Бабичев [и др.] ; под общей редакцией А. Г. Суслова. – Москва : Машиностроение, 2014. – 444 с.

9. Справочник технолога-машиностроителя. – В 2 томах. – Т. 2 / В. Н. Андреев, А. Н. Афонин, В. Ф. Безъязычный [и др.]. – Москва : Инновационное машинострое-ние, 2018. – 818 с.

10. Киричек, А. В. Резьбонакатывание / А. В. Киричек, А. Н. Афонин. – Москва : Машиностроение, 2009. – 312 с. – (Библиотека технолога).

11. Pesin, M.V. Improving the Reliability of Threaded PipeJoints. Russian Engineering Research, 2012, vol. 32, no. 2, pp. 210-212.

327

УДК 629.3.028.32

И. П. Попов1, главный инженер проекта Н. М. Филькин2, доктор технических наук, профессор В. В. Харин1, кандидат технических наук, доцент

1ЗАО «Курганстальмост», Курган 2Ижевский государственный технический университет имени М. Т. Калашникова


Динамика трогания двухзвенного автопоезда с упругими сцепками

Режим трогания для автопоезда является наиболее «тяжелым». Целью работы

является построение математической модели «легкого» трогания двухзвенного ав-топоезда с упругим тягово-сцепным устройством. Показано, что трогание автопо-езда с упругим тягово-сцепным устройством значительно легче, чем недеформируе-мого.

Ключевые слова: ускорение, энергия, масса, секция, тягач, прицеп, колебания, демпфер.

Введение

Сила трения покоя значительно превосходит силу трения движения. Это приводит к тому, что режим трогания для автопоезда является наиболее «тя-желым» режимом [1–4].

Целью работы является построение математической модели «легкого» трогания двухзвенного автопоезда с упругим тягово-сцепным устройством.

Математическая модель Для минимизации расчетов принимаются следующие допущения: сила F,

развиваемая тягачом, – величина постоянная; массы тягача и прицепа равны между собой и составляют m.

Уравнение сил, приложенных к тягачу, имеет вид

, (1)

где – перемещение, соответственно, тягача и прицепа; k – коэффициент упругости сцепки.

Силы, приложенные к прицепу, удовлетворяют уравнению:

. © Попов И. П., Филькин Н. М., Харин В. В., 2021

21

1 22 ( )d xF m k x xdt

= + −

1 2,x x

22

1 220 ( )d xm k x xdt

= − −

328

Из последнего уравнения следует

. (2)

Подстановка этого выражения в (1) дает

. (3)

Пусть

, (4)

тогда (3) запишется в виде

. (5)

Характеристическое уравнение .

Его корни .

Общее решение соответствующего однородного уравнения:

.

С гармоническими составляющими [5–10]. Частное решение в соответствии с (5) имеет вид .

Подстановка его в (5) дает , откуда .

Общее решение уравнения (5) находится как

.

В момент времени t = 0 сцепка не деформирована, следовательно, на при-цеп сила не действует, и величина (4) равна нулю. Поэтому для t = 0 послед-нее выражение примет вид

,

22

1 22

m d xx xk dt

= +

2 4 2 2 2 4 22 2 2 2 2

2 22 2 2 2 22m d x d x d x m d x d xF m m kx kx mk dt dt dt k dt dt

= + + + − = +

22

2

d x zdt

=

22 k kFz zm m

′′ + =

2 2 0krm

+ =

1,2 2 kr im

= ±

1 1 2cos 2 sin 2k kz C t C tm m

= +

2z A=

22 k kFAm m

=2FAm

=

1 2 1 2cos 2 sin 22

k k Fz z z C t C tm m m

= + = + +

1 2(0) 0 cos 2 0 sin 2 02

k k Fz C Cm m m

= = + +

329

откуда .

С учетом этого

. (6)

В соответствии с (4)

;

. (7)

С учетом (2), (4), (6) и (7)

;

;

.

;

, .

;

;

1 2FCm

= −

2cos 2 sin 22 2F k k Fz t C tm m m m

= − + +

2 2 3sin 2 cos 22 2 2 2F m k m k Fv zdt t C t t Cm k m k m m

= = − − + +∫

22 2 2 3 4cos 2 sin 2

4 2 4F k m k Fx v dt t C t t C t Ck m k m m

= = − + + +∫

1 2cos 2 sin 22 2F k m k Fx t C tk m k m k

= − + + +

22 3 4cos 2 sin 2

4 2 4F k m k Ft C t t C t Ck m k m m

+ − + + +

11 22 sin 2 2 cos 2

2dx F k k k m kv t C tdt k m m m k m

= = + −

2 32 sin 2 2 cos 24 2 2F k k k m k Ft C t t Ck m m m k m m

− − + +

11 2 22 cos 2 2 sin 2 2 cos 2 2 sin 2

2 4 2 2dv F k k k m k F k k k m k Fa t C t t C tdt k m m m k m k m m m k m m

= = − − + +

22 2 3 4(0) 0 cos 2 0 sin 2 0 0 0

4 2 4F k m k Fx C C Ck m k m m

= = − + + +

4 04F Ck

+ = 4 4FCk

= −

2 2 3(0) 02mv C Ck

= = − +

1 2 2 3 2 3(0) 0 2 2 22 2

k m k m k mv C C C C Cm k m k m k

= = − + = +

330

, .

Окончательное решение:

;

;

;

;

;

.

Характерный отрезок времени (индекс 2 означает количество состав-ных частей автопоезда) для рассматриваемого случая определяется из усло-вия максимального растяжения упругой сцепки. При этом

или ;

, .

За время тягач пройдет расстояние

2 3

2 3

02

02

mC Ck

mC Ck

⎧− + =⎪⎪

⎨⎪ + =⎪⎩

2 30, 0C C= =

21

2cos4 4 4F k F Fx t tk m m k

= − + +

22


= + −

12sin

22 2F k Fv t t

m mkm= +

22sin

22 2F k Fv t t

m mkm= − +

12cos

2 2F k Fa tm m m

= +

22cos

2 2F k Fa tm m m

= − +

2τ

1 2( ) 02Fam

τ − = 22cos 0

2F km m

τ =

222

km

πτ = 2 2 2

mk

πτ =

2τ

( )2 2

1 22cos

4 2 2 4 4 2 4 32 4F k m F m F F Fxk m k m k k k k

π π πτ = − + + = +

331

и разовьет скорость

.

Уместно сравнить эти показатели с соответствующими величинами для недеформируемого автопоезда.

, , ,

,

.

,

.

Отношение для кинетических энергий тягача составляет

.

Вывод Полученные соотношения наглядно демонстрируют, что трогание автопо-

езда с упругим тягово-сцепным устройством значительно легче, чем неде-формируемого.


1. Popov, I.P. Mathematical model of artificial electrical capacity for reducing the peak load of manover heat. Applied mathematics and control sciences, 2019, no. 3, pp. 57-64. DOI: 10.15593/2499-9873/2019.3.03.

2. Popov, I.P. Inertial Capacitive Energy Storage Device for a Shunting Diesel Locomo-tive. World of Transport and Transportation, 2019, no. 17, pp. 82-87. https://doi.org/ 10.30932/1992-3252-2019-17-3-82-87.

3. Попов, И. П. Компенсация пиковых нагрузок транспортно-технологических машин // Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана. Серия «Машиностроение». – 2020. – № 3 (132). – С. 85–93.

( )1 22sin

2 2 2 2 22 2 2 2 4 2F k m F m F Fv

m k m kkm km kmπ π π

τ = + = +

2Fam

=2Fv tm

= 2

4Fx tm

=

( )2 2

2 4 4 2 32F m Fxm k k

π πτ = =

( )2 2 2 2 4 2F m Fvm k km

π πτ = =

( )( )

21 2

2 22

(32 ) (4 ) 321 1,81(32 ) 4

x F k F kx F k

τ π += = + ≈

τ π π

( )( )

1 2

2

(2 2 ) (4 2 ) 21 1,64(4 2 )

v F km F kmv F km

τ + π= = + ≈

τ ππ

( )( )

1 2

2

2,69EE

τ=

τ

332

4 Попов, И. П. Маневровый тепловоз с инертно-емкостным накопителем энергии // Вестник транспорта Поволжья. – 2019. – № 2 (74). – С. 105–108.

5 Popov, I.P. Free harmonic oscillations in systems with homogeneous elements. J. of Applied Mathematics and Mechanics, 2012, vol. 76, Iss. 4, pp. 393-395. DOI: 10.1016/ j.jappmathmech.2012.09.005

6. Popov, I.P. Theory of a Multi-Inert Oscillator. J. of Machinery Manufacture and Re-liability, 2020, vol. 49, no. 8, pp. 667-671. DOI: 10.3103/S1052618820080105.

7. Popov, I.P. Application of the Symbolic (Complex) Method to Study Near-Resonance Phenomena. J. of Machinery Manufacture and Reliability, 2020, vol. 49, no. 12, pp. 1053-1063. DOI: 10.3103/S1052618820120122.

8. Popov, I.P. Differential equations of two mechanical resonances. Applied Physics and Mathematics, 2019, no. 2, pp. 37-40. DOI: 10.25791/pfim.02.2019.599.

9. Попов, И. П. Реактансы и сассептансы механических систем // Сборка в маши-ностроении, приборостроении. – 2021. – № 2. – С. 91–96.

10. Попов, И. П. Резонансы сил и скоростей // Вестник Пермского университета. Математика. Механика. Информатика. – 2019. – № 4 (47). – С. 62–66. DOI: 10.17072/ 1993-0550-2019-4-62-66.

333

УДК 629.3.028.32


1ЗАО «Курганстальмост», Курган 2Ижевский государственный технический университет


Динамика трогания трехзвенного автопоезда

с упругими сцепками Целью работы является построение математической модели «легкого» трогания

трехзвенного автопоезда с упругими тягово-сцепными устройствами. Показано, что трогание автопоезда с упругим тягово-сцепным устройством значительно легче, чем недеформируемого. При этом чем больше число прицепов, тем больше преиму-щество первого над вторым.

Ключевые слова: ускорение, энергия, масса, секция, тягач, прицеп, колебания, демпфер.

Введение

Целью работы является построение математической модели «легкого» тро-гания трехзвенного автопоезда с упругими тягово-сцепными устройствами.

Математическая модель Для минимизации расчетов принимаются следующие допущения: сила F,

развиваемая тягачом, – величина постоянная; массы тягача и прицепов равны между собой и составляют m.

Уравнения сил, приложенных, соответственно, к тягачу и прицепам, име-ют вид

, (1)

, (2)

.

© Попов И. П., Филькин Н. М., Харин В. В., 2021

21

1 22 ( )d xF m k x xdt

= + −

22

1 2 2 32( ) ( )d xk x x m k x xdt

− = + −

23

2 3 2( ) d xk x x mdt

− =

334

Из последнего уравнения следует

. (3)

Производная этого выражения

.

Подстановка последних двух выражений в (2) дает

. (4)

Производная этого выражения

.

Подстановка полученных выражений в (1) дает

;

. (5)

Пусть

, (6)

тогда (5) запишется в виде

. (7)

Характеристическое уравнение

.

23

2 32

d xmx xk dt

= +

4 223 32

2 4 2

d x d xd x mdt k dt dt

= +

4 2 22 23 3 32

1 2 3 3 32 2 4 2 22 2 2d x d x d xm d x m m mx x x x xk dt k dt k dt k dt

= + − = + + + − =

4 223 3

32 4 23d x d xm m xk dt k dt

= + +

6 4 22 23 3 31

2 2 6 4 23d x d x d xd x m mdt k dt k dt dt

= + +

6 4 2 4 2 23 2 23 3 3 3 3 3

3 33 6 2 4 2 2 4 2 23 3d x d x d x d x d x d xF m m m m m mx xk k dt k dt k dt k dt k dt k dt

= + + + + + − − =

6 4 23 23 3 3

3 6 2 4 24 3d x d x d xm m mk dt k dt k dt

= + +

6 4 22 23 3 3

6 4 2 2 34 3d x d x d xk k k Fdt m dt m dt m

+ + =

23

2

d x zdt

=

2 2

2 34 3k k k Fz z zm m m

′′′′ ′′+ + =

24 2

24 3 0k kr rm m

+ + =

335

, , , , .

Общее решение соответствующего однородного уравнения

.

Имеет гармонические составляющие [1–6]. Частное решение имеет вид .

Подстановка его в (7) дает , .

Общее решение находится как

. (8)


; (9)

. (10)

С учетом (3), (6), (8) и (10)

, (11)

21,2 2 k kr

m m= − ± = 2

1 3 krm

= − 22

krm

= − 1,2 3 kr im

= ± 3,4kr im

= ±

1 1 2 3 4cos 3 sin 3 cos sink k k kz C t C t C t C tm m m m

= + + +

2z A=2 2

2 33 k k FAm m

=3FAm

=

1 2 1 2 3 43 3cos sin cos sin

3k k k k Fz z z C t C t C t C t

m m m m m= + = + + + +

3 1 2 3 4 53 3sin cos sin cos

3 3 3m k m k m k m k Fv zdt C t C t C t C t t Ck m k m k m k m m

= = − + − + +∫

3 3 1 23 3cos sin

3 3m k m kx v dt C t C tk m k m

= = − − −∫

23 4 5 6cos sin

6m k m k FC t C t t C t Ck m k m m

− − + + +

2 1 2 3 43 3cos sin cos sin

3m k m k m k m k m Fx C t C t C t C tk m k m k m k m k m

= + + + + −

21 2 3 4 5 6

3 3cos sin cos sin3 3 6m k m k m k m k FC t C t C t C t t C t Ck m k m k m k m m

− − − − + + + =

21 2 5 6

2 3 2 3cos sin3 3 3 6m k m k F FC t C t t C t Ck m k m k m

= + + + + +

22 1 2 5

2 3 3 2 3 3sin cos3 3 3

dx m k k m k k Fv C t C t t Cdt k m m k m m m

= = − + + + =

336

, (12)

, (13)

С учетом (4), (13), (10) и (11)

,

. (14)

.


, .


, .


;

, .

1 2 52 3 3 2 3 3sin cos3 3 3

m k m k FC t C t t Ck m k m m

= − + + +

22 1 2

3 32 cos 2 sin3

dv k k Fa C t C tdt m m m

= = − − +

1 1 23 32 cos 2 sin

3m k m k F mx C t C tk m k m m k

= − − + +

21 2 5 6

2 3 2 3 2 22 cos 2 sin 2 23 3 3 6m k m k F FC t C t t C t Ck m k m k m

+ + + + + + −

21 2 3 4 5 6

3 3cos sin cos sin3 3 6m k m k m k m k FC t C t C t C t t C t Ck m k m k m k m m

+ + + + − − − =

21 2 3 4 5 6

3 3cos sin cos sin3 3 6m k m k m k m k F FC t C t C t C t t C t Ck m k m k m k m k m

= − − + + + + + +

11 1 2 3 4 5

3 3sin cos sin cos3 3 3

dx m k m k m k m k Fv C t C t C t C t t Cdt k m k m k m k m m

= = − − + + +

1 1 33cos cos

3k k Fa C t C t

m m m= − +

2 1(0) 2 03Fa Cm

= − + = 1 6FCm

=

3(0) 06 3F Fz Cm m

= = + + 3 2FCm

= −

2 1 62(0) 03 3m Fx C Ck k

= + + =

6 09 3F F Ck k

+ + = 649FCk

= −

337

В соответствии с (9), (14) и (12)

;

, ;

, , .

Окончательное решение:

;

;

;

;

;

;

;

;

.

Характерный отрезок времени для рассматриваемого случая определя-ется из условия максимального растяжения упругой сцепки. При этом

1 2 4 5(0) 03m mv C C Ck k

= − + + =

3 2 4 5(0) 03m mv C C Ck k

= − − + = 4 0C =

2 2 52 3(0) 03

mv C Ck

= + = 2 0C = 5 0C =

21

3 5cos cos18 2 6 9F k F k F Fx t t t

k m k m m k= − − + +

22


= + −

23

3 4cos cos18 2 6 9F k F k F Fx t t t

k m k m m k= − + + −

13sin sin

36 3 2F k F k Fv t t t

m m mkm km= + +

23sin

33 3F k Fv t t

m mkm= − +

33sin sin

36 3 2F k F k Fv t t t

m m mkm km= − +

13cos cos

6 2 3F k F k Fa t tm m m m m

= + +

23cos

3 3F k Fa tm m m

= − +

33cos cos

6 2 3F k F k Fa t tm m m m m

= − +

3τ

338

или ;

.

Решение последнего уравнения имеет вид

, .

За время тягач пройдет расстояние

и разовьет скорость

.

Уместно сравнить эти показатели с соответствующими величинами для недеформируемого автопоезда:

, , , ;

;

, .

1 3( ) 03Fam

τ − = 3 33cos cos 0

6 2F k F km m m m

τ + τ =

3 31 cos 3 cos 03

k km m

τ + τ =

3 0,427km

τ = π 3 0,427 mk

τ = π

3τ

2

1 33 5( ) cos 0,427 cos 0,427 0,427

18 2 6 9F k m F k m F m Fx

k m k k m k m k k⎛ ⎞

τ = − ⋅ π − ⋅ π + π + =⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠

( )21 1 1 5cos 3 0, 427 cos0,427 0, 42718 2 6 9

Fk

⎡ ⎤= − ⋅ π − π + π + =⎢ ⎥⎣ ⎦

( )21 1 1 5cos 3 0, 427 cos0,427 0, 427 0,7818 2 6 9

F Fk k

⎡ ⎤= − ⋅ π − π + π + =⎢ ⎥⎣ ⎦

1 33( ) sin 0, 427 sin 0,427 0,427

36 3 2F k m F k m F mv

m k m k m kkm kmτ = ⋅ π + ⋅ π + π =

1 1 1sin 3 0,427 sin 0,427 0, 4272 36 3

F Fkm km

⎛ ⎞= ⋅ π + π + π =⎜ ⎟⎝ ⎠

3Fam

=3Fv tm

= 2

6Fx tm

=2

3( ) 0,427 0,36F m Fxm k k

⎛ ⎞τ = π =⎜ ⎟⎜ ⎟

⎝ ⎠

3( ) 0, 427 0,453F m Fvm k mk

τ = ⋅ π =

( )( )

1 3

3

2,6xx

τ=

τ( )( )

1 3

3

2, 22vv

τ=

τ

339

Отношение для кинетических энергий тягача составляет

.

Вывод Полученные соотношения наглядно демонстрируют, что трогание автопо-

езда с упругими тягово-сцепными устройствами значительно легче, чем не-деформируемого [7–10]. При этом чем больше число прицепов, тем больше преимущество первого над вторым.


1. Popov, I.P. Free harmonic oscillations in systems with homogeneous elements. J. of Applied Mathematics and Mechanics, 2012, vol. 76, iss. 4, pp. 393-395. DOI: 10.1016/ j.jappmathmech.2012.09.005.

2. Popov, I.P. Theory of a Multi-Inert Oscillator. J. of Machinery Manufacture and Re-liability, 2020, vol. 49, no. 8, pp. 667-671. DOI: 10.3103/S1052618820080105.

3. Popov, I.P. Application of the Symbolic (Complex) Method to Study Near-Resonance Phenomena. J. of Machinery Manufacture and Reliability, 2020, vol. 49, no. 12, pp. 1053-1063. DOI: 10.3103/S1052618820120122.

4. Popov, I.P. Differential equations of two mechanical resonances. Applied Physics and Mathematics, 2019, no. 2, pp. 37-40. DOI: 10.25791/pfim.02.2019.599.

5. Попов, И. П. Реактансы и сассептансы механических систем // Сборка в маши-ностроении, приборостроении. – 2021. – № 2. – С. 91–96.

6. Попов, И. П. Резонансы сил и скоростей // Вестник Пермского университета. Математика. Механика. Информатика. – 2019. – № 4 (47). – С. 62–66. DOI: 10.17072/ 1993-0550-2019-4-62-66.

7. Popov, I.P. Mathematical model of artificial electrical capacity for reducing the peak load of manover heat. Applied mathematics and control sciences, 2019, no. 3, p. 57-64. DOI: 10.15593/2499-9873/2019.3.03.

8. Popov, I.P. Inertial Capacitive Energy Storage Device for a Shunting Diesel Locomo-tive. World of Transport and Transportation, 2019 no. 17, pp. 82-87. https://doi.org/ 10.30932/1992-3252-2019-17-3-82-87.

9. Попов, И. П. Компенсация пиковых нагрузок транспортно-технологических машин // Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана. Серия «Машиностроение». – 2020. – № 3 (132). – С. 85–93.

10. Попов, И. П. Маневровый тепловоз с инертно-емкостным накопителем энергии // Вестник транспорта Поволжья. – 2019. – № 2 (74). – С. 105–108.

( )( )

1 3

3

4,93EE

τ=

τ

340

УДК 629.1.04


1ЗАО «Курганстальмост», Курган 2Ижевский государственный технический университет


Транспортно-технологическая машина с накопителем энергии

Рассматривается возможность оснащения транспортно-технологических ма-

шин инертно-емкостным накопителем энергии, что позволит сгладить нагрузку на силовую установку и за счет этого снизить ее мощность и массогабариты. Наличие электромеханической трансмиссии у некоторых транспортно-технологических ма-шин минимизирует разработку для них инертно-емкостного накопителя.

Ключевые слова: транспортно-технологическая машина, накопитель, супермахо-вик, силовая установка, энергоэффективность, искусственный конденсатор, заряд, разряд.

Введение

Нагрузка ряда транспортно-технологических машин, например, таких как бульдозеры, экскаваторы, имеет существенно неравномерный характер [1, 2]. Мощность их силовой установки определяется пиковой нагрузкой. Очевидно, что при импульсной нагрузке силовая установка большую часть времени ра-ботает в недогруженном режиме [3, 4].

Целью работы является разработка технического решения по компенса-ции пиковых нагрузок транспортно-технологических машин.

Актуальность настоящего исследования обусловлена тем, что использо-вание накопителя энергии позволит сгладить нагрузку на силовую установку и за счет этого снизить ее мощность и массогабариты. Относительно частая смена режима работы транспортно-технологической машины обусловливает эффективность и целесообразность оснащения ее накопителем энергии.

Разработка технического решения Рассматривается инертно-емкостной накопитель энергии, в качестве ко-

торого можно использовать машину постоянного тока (или вентильную) с супермаховиком.

Подача на якорную обмотку постоянного напряжения U инициирует сле-дующие механический и электрический процессы:

© Попов И. П., Филькин Н. М., Харин В. В., 2021

341

,

где J – суммарный момент инерции [5]; k – коэффициент трения; B – магнит-ная индукция [6]; 2l – активная длина проводника; w – количество витков; D – эффективный диаметр ротора; R – электрическое сопротивление.

Можно ввести параметрический коэффициент

. (1)

Пусть начальные условия

, . (2)

Из уравнения электрического равновесия следует

; (3)

.

Подстановка в первое уравнение системы дает

;

.

Пусть

, ,

тогда

. (4)

Общим решением является . Частным – .

2

2 22

22

d d DJ k B lw idt dt

D dB lw Ri Udt

⎧ ϕ ϕ+ =⎪⎪

⎨ϕ⎪ + =

⎪⎩

BlwD Y=

0(0)ϕ = ϕ 0(0)ddtϕ

= ω

d R Uidt Y Yϕ

= − +

2

2

d R didt Y dt

ϕ= −

JR di kR kUi YiY dt Y Y

− − + =

2di Y k k Uidt JR J J R

⎛ ⎞+ + =⎜ ⎟

⎝ ⎠

2Y k AJR J

+ =k U BJ R

=

di Ai Bdt

+ =

1 1Ati C e−=

2 2i C=

342

Подстановка его в формулу (4) дает

, .

Искомый ток

. (5)

С учетом (2) и (3)

.

С учетом (5)

.

.

, (6)

где .

. (7)

При и

, (8)

. (9)

20 AC B+ = 2BCA

=

1 2 1At Bi i i C e

A−= + = +

0(0) YUiR R

ω= −

01

YU BCR R A

ω= − −

0 AtYU B Bi eR R A A

−ω⎛ ⎞= − − +⎜ ⎟⎝ ⎠

02 2

tU Y U Ui eR Y k R Y k R

− τ⎛ ⎞− ω= − + =⎜ ⎟+ +⎝ ⎠

0 t

k k

U E U UeR R R R R

− τ⎛ ⎞−= − +⎜ ⎟+ +⎝ ⎠

0 0E Y= ω

( )( )2 2 2 2

1 1 1 1 1R J Y J k R J Y J Y Y k

= + = + =τ

1 1 1 1

J k J e mRC R C= + = +

τ τ

0 kk R= = ∞

0 tU Ei eR

− τ−=

2 JRJ RCY

τ = =

343

Формулы (8) и (9) неотличимы от формул, описывающих заряд конденса-тора.

При замыкании накоротко клемм якорной обмотки .

Эта формула неотличима от формулы, описывающей разряд конденсатора. Выражения (6)–(9) свидетельствуют о емкостном характере рассматри-

ваемого накопителя мощности [7, 8].

Искусственная электрическая емкость накопителя .

Электромеханическое сопротивление .

Запасаемая накопителем энергия [9, 10]

.

На рисунке 1 изображена электрическая схема инертно-емкостного нако-пителя, на рисунке 2 – характер тока при его зарядке и разрядке.

R

Y2/k

J/Y2

Рис. 1. Электрическая схема инертно-емкостного накопителя

В настоящее время созданы высокоэффективные супермаховики, и рас-сматривается возможность применение их на легковых автомобилях. Оче-видно, что использование маховиков на транспортно-технологических маши-нах, таких как бульдозеры, экскаваторы, значительно менее проблематично в силу существенно менее жестких требований к общему весу. Еще более выгодным преимуществом некоторых транспортно-технологических машин является наличие электромеханической трансмиссии (или возможности ее установки), что минимизирует разработку для них рассмотренного инертно-емкостного накопителя (искусственной электрической емкости).

0 tEi eR

− τ−=

2JJC

Y=

2

kYRk

=

2 2 2

22 2 2JC U JU JW

Yω

= = =

344

ioff

ion (E0 = 0)

t0

i

2U

Y k R+

0ER

−

UR

Рис. 2. Характер тока при зарядке и разрядке инертно-емкостного накопителя


1. Попов, И. П. Уравнение трогания поезда // Известия РАН. Механика твердого тела. – 2021. – № 2. – С. 88–97. DOI:10.31857/S0572329921020148.

2. Попов, И. П. Математическая модель железнодорожного подвижного состава c упругодеформируемыми автосцепными устройствами в начальный момент движе-ния // Транспорт Урала. – 2021. – № 1(68). – С. 26–31. DOI: 10.20291/1815-9400-2021-1-26-31.

3. Попов, И. П. Роторно-реактивный движитель // Оборонный комплекс – научно-техническому прогрессу России. – 2018. – № 4. – С. 24–26.

4. Попов, И. П. Теоретические предпосылки реактивного роторного движения // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. – 2019. – № 1 (333). – С. 3–7.

5. Попов, И. П. Электромагнитный маховик для ориентирования орбитальных объектов // Оборонный комплекс – научно-техническому прогрессу России. – 2019. – № 2. – С. 15–17.

6. Попов, И. П. Магнитный поток и его квантование// Известия Уфимского науч-ного центра РАН. 2020. № 4. С. 25–28. DOI 10.31040/2222-8349-2020-0-4-25-28.

345

7. Попов, И. П. О некоторых изоморфизмах между электромагнитными и магнито-электрическими соотношениями // Вестник Курганского государственного универси-тета. Технические науки. 2010. – Вып. 5. –. № 1 (17). – С. 94–96.

8. Попов, И. П. Переходный процесс при подключении пьезоэлектрического пре-образователя с инертной нагрузкой к источнику постоянного напряжения // Вестник Курганского государственного университета. Технические науки. – 2013. – Вып. 8. – № 2 (29). – С. 82–83.

9. Попов, И. П. Расчет полной энергии электростатического поля // Труды Кры-ловского государственного научного центра. – 2020. – Т. 2, № 392. – С. 107–114. DOI: 10.24937/2542-2324-2020-2-392-107-114.

10. Попов, И. П. Запасаемая электростатическая энергия // Вестник Пермского на-ционального исследовательского политехнического университета. Электротехника, информационные технологии, системы управления. – 2020. – № 33. – С. 195–210. DOI: 10.15593/2224-9397/2020.1.12.

346

УДК 656.135

Д. С. Прагер, магистрант В. Ф. Карев, кандидат экономических наук, доцент


Основные мероприятия

по снижению дорожно-транспортного травматизма в Хабаровске

В статье проводится анализ дорожно-транспортного травматизма в Хабаров-

ске за 2018–2020 гг., выявлены его основные показатели и факторы возникновения. На основании анализа предложены мероприятия по снижению дорожно-транспортного травматизма в Хабаровске.

Ключевые слова: дорожно-транспортный травматизм, дорожно-транспортное про-исшествие, безопасность дорожного движения, аварийность транспортных средств.

Введение

Безопасность дорожного движения является одной из важных социально-экономических и демографических задач Российской Федерации. Аварий-ность на автомобильном транспорте наносит огромный материальный и мо-ральный ущерб как обществу в целом, так и отдельным гражданам.

Согласно Федеральному закону «О безопасности дорожного движения» от 10.12.1995 № 196-ФЗ, безопасность дорожного движения – состояние дан-ного процесса, отражающее степень защищенности его участников от до-рожно-транспортных происшествий и их последствий. Дорожно-транспорт-ный травматизм (ДТТ) представляет собой угрозу для жизни и здоровья как водителей, так и пешеходов.

Анализ дорожно-транспортного травматизма в Хабаровске Официальные данные Госавтоинспекции за 2018–2020 гг. по дорожно-

транспортным происшествиям в Хабаровске приведены на рисунке1 [2]. Как видно из рисунка 1, количество дорожно-транспортных происшест-

вий за 2020 г снизилось на 18,72 % по сравнению с 2018 г. В 2020 г.в Хаба-ровске было совершенно 894 дорожно-транспортных происшествий (ДТП), в которых получили ранения 1129 и погибли 40 чел. Однако темпы измене-ния общего количества происшествий не соответствуют темпам изменения погибших и раненных: так, в 2020 г. по сравнению с 2018-м число раненных снизилось всего на 10,18 %, а количество смертей увеличилось на 21 %.

Рассмотрим более детально показатели травматизма в Хабаровске по ме-сяцам за 2018–2020 г. (рис. 2) [2].

© Прагер Д. С., Карев В. Ф., 2021

347

Рис. 1. Основные показатели аварийности транспортных средств в Хабаровске

за 2018–2020 г.г.

Рис. 2. Показатели травматизма в Хабаровск за 2020 г.

1100

33

12571093

51

1303

894

40

1129

0200400600800

100012001400

ДТП

Погибло

Ранено

ДТП

Погибло

Ранено

ДТП

Погибло

Ранено

2018 год 2019 год 2020 год

4

8693

98

129 128118

107

110157

111116

92

77

108

94

116 106109

116

117

125121 122

108

73

97

5674

9688

98122

128

77

112

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

2018 год 2019 год 2020 год

2018 год 2019 год 2020 год

348

Как видно из рисунка 2, в динамике за 2018–2020 гг. невозможно одно-значно выделить общие тенденции, однако видно, что в сентябре – ноябре происходит возрастание уровня травматизма.

На рисунке 3 приведены данные о количестве погибших в различных ви-дах ДТП за 2020 г. [2].

Рис. 3. Данные о погибших в различных видах ДТП за 2020 г.

Соответственно, по данным ГИБДД за 2020 г. наибольшее количество смер-тей наблюдается при наезде на пешехода (17 чел.) и столкновении (11 чел.).

Данные о количестве раненных за 2020 г приведены на рисунке 4 [2]. Как видно из рисунка. 4, основную долю ДТП, в которых зафиксирован вред здо-ровью, занимает столкновение (662 чел.) и наезд на пешехода (269 чел.).

Следовательно, наибольший травматизм возникает при наезде на пешехо-да и столкновении. Однако при наезде на пешехода процент смертей гораздо выше, чем при столкновении, что обусловлено тем, что участники дорожного движения находятся в неравных условиях.

Пешеходы наиболее уязвимые участники дорожного движения, которые находятся в значительно менее защищенных условиях по сравнению с води-телями транспортных средств. Пешеходы чувствуют себя незащищенными при переходе проезжей части даже по пешеходному переходу.

Согласно официальной статистике в России причинами являются также низкое качество дорожного полотна и вождение в состоянии алкогольного опьянения [2].

Кроме того, одна из самых серьезных проблем в области безопасности дорожного движения – низкая дисциплина на дорогах, что имеет отношение и к водителям, и к пешеходам. Низкий уровень поведенческих установок во-

Наезд на пешехода

1744%

Наезд на препятствие

38%

Наезд на стоящее ТС

12%

Падение пассажира

13%

Столкновение11

28%

Съезд с дороги6

15%

349

дителей, их недостаточная подготовленность, нарушение правил дорожного движения, вождение в нетрезвом виде, несоблюдение правил дорожной безо-пасности водителями и пешеходами являются причинами дорожно-транс-портного травматизма.

Рис. 4. Данные о раненых в различных видах ДТП за 2020 г.

По данным ГИБДД, к основным факторами риска возникновения ДТП от-носятся:

– особенности проектирования автомобильных дорог, в том числе, те осо-бенности, которые подвергают риску наиболее уязвимых участников движе-ния, когда они не отделены от транспортного потока (например, в связи с отсутствием пешеходных переходов или тротуаров);

– отсутствие эффективного регулирования и контроля за соблюдением ус-тановленных требований к техническому состоянию автомобиля, обучению водителей, опасному поведению за рулем;

– слабая водительская дисциплина: нарушение скоростного режима, неосто-рожность, вождение в нетрезвом состоянии, пренебрежение средствами безо-пасности, а также использование мобильных гаджетов в процессе вождения;

– действия пешеходов, связанные с переходом проезжей части в неполо-женном месте или вне пешеходного перехода.

Мероприятия по снижению дорожно-транспортного травматизма в Хабаровске

Наиболее эффективными мерами по снижению дорожно-транспортного травматизма являются меры по сокращению источников травматизма – до-рожно-транспортных происшествий.

Наезд на велосипедиста; 17; 1.51%

Наезд на внезапно возникшее препятствие;

2; 0.18%

Наезд на животное; 1;

0.09%

Наезд на лицо, не

являющееся участником дорожного

движения, осуществляющее

несение

Наезд на лицо, не

являющееся участником дорожного

движения, осуществляющее производство Наезд на пешехода;

269; 23.83%Наезд на препятствие;

40; 3.54%Наезд на стоящее ТС;

38; 3.37%Опрокидывание; 2; 0.18%

Отбрасывание предмета; 1;

0.09%

Падение пассажира; 27; 2.39%

Столкновение; 662; 58.64%

Съезд с дороги; 68;

6.02%

350

В соответствии с проведенным анализом ДТП в Хабаровске разработаем меры, которые будут способствовать снижению выявленных факторов трав-матизма (таблица).

Мероприятия по снижению дорожно-транспортного травматизма в Хабаровске

Фаза Мероприятия

ДТП, связанные с наездом на пешехода

ДТП, связанные со столкновением

До аварии – предупреждение

аварии

– информирование пешеходов и водителей о правилах до-рожного движения;

– поддержание автомобильных дорог в эксплуатационной пригодности;

– ежегодное обновление дорожной разметки; – ограничение скорости водителя; – применения государственных мер – введение в школах факульта-

тивов о правилах дорожного движения;

– техническое оснащение пе-шеходных переходов современ-ными средствами защиты (на-пример, датчики движения и ос-вещение в темное время суток);

– применение в ночное время су-ток светоотражающих элементов

– контроль качества вож-дения автомобиля и осве-домленности водителей о правилах дорожного дви-жения

Во время аварии – предупреждение травматизма во время аварии

– дорожные объекты, предотвращающие аварии

– применения технических средств, предназначенных для обеспечения безопасности

– наличие и использование ремней безопасности;

– противоаварийный ди-зайн автомобиля

После аварии – поддержание

жизни

– оказание первой медицинской помощи; – вызов служб спасения; – минимизация риска возгорания транспортного средства

(наличие в транспортном средстве огнетушителя) Таким образом, снижение уровня дорожного травматизма возможно толь-

ко при комплексном взаимодействии основных участников дорожного дви-жения и принятия мер государством. Намного проще сокращать уровень травматизма в доаварийной стадии, нежели снижать его последствия.

Заключение Анализ, приведенный в статье, позволяет выделить наиболее значимые

проблемные факторы дорожно-транспортного травматизма в Хабаровске. Главной его причиной на протяжении длительного периода остается челове-ческий фактор. Поведенческие установки и профессиональные навыки води-

351

телей и пешеходов являются основными условиями соблюдения безопасно-сти дорожного движения.


1. О безопасности дорожного движения : Федеральный закон от 10.12.1995 № 196-ФЗ. 2. Официальный сайт Госавтоинспекции: Показатели состояния безопасности до-

рожного движения. – URL: http://stat.gibdd.ru (дата обращения 20.04.2021).

352

УДК 62-837

С. А. Пушкин, магистрант Н. М. Филькин, доктор технических наук, профессор Р. С. Музафаров, кандидат технических наук, доцент Ижевский государственный технический университет

имени М.Т. Калашникова [email protected], [email protected]

Выбор и обоснование тягового накопителя энергии

для спортивного электромобиля особо малого класса типа карт С появлением гоночных соревнований на электромобилях, например, формула Е,

и их развитием всё больший интерес проявляется к спортивному электротранспор-ту. В связи с этим рассмотрена возможность и целесообразность разработки го-ночного карта на электрической тяге.

Ключевые слова: электротранспорт, автоспорт, соревнования, разработка конст-рукции, карт, картинг.

Введение

Многочисленные работы по созданию карта с электроприводом ведутся в большей мере по направлению создания детских, развлекательных машин, по своим скоростным качествам способных стать лишь учебными, но никак не гоночными. Принимая во внимание конструктивные недостатки сущест-вующих моделей, в работе рассматриваются вопросы создания электрокарта, способного стать конкурентом традиционным картингам с двигателем внут-реннего сгорания.

Достоинства электрокарта очевидны, но имеет смысл еще раз перечислить их. Традиционный картинг – сезонный вид спорта, переход же гоночных ма-шин на электротягу позволит сделать его всесезонным, не зависящим от по-годы и времени года. Организация соревнований на таких микроавтомобилях в крытых помещениях позволит культивировать этот интереснейший вид спорта в северных районах нашей страны, а гонки в присутствие многочис-ленных зрителей сделают этот спорт еще более массовым.

Для создания гоночного электрокарта необходимо определить, в какой ка-тегории гоночных соревнований будет участвовать карт, и на основании это-го на базе одной конструкции обеспечить выполнение целого ряда достаточ-но жестких требований. В их числе использование наиболее энергоемких аккумуляторов, а также электродвигателя с максимальным коэффициентом полезного действия. Нелегким является поиск решения проблемы оптималь-ного согласования характеристик двигателя с возможностями аккумуляторов,

© Пушкин С. А., Филькин Н. М., Музафаров Р. С., 2021

353

требованиями безопасности, дорожными условиями и скоростью прохожде-ния круга трассы.

Сравнительный анализ типовых моторов, на базе которых создаются электрокарты

1. Карт на базе мотора типа Д-2500 последовательного возбуждения. Мощность 2,5 кВт при номинальной частоте вращения ротора 1800 об/мин. Напряжение питания – 24 В, потребляемый ток – до 400 А. Масса двигателя –11,5 кг. Карт, оборудованный таким двигателем и двенадцативольтной акку-муляторной батареей, развивают скорость до 20 км/ч.

2. Несколько иными выглядят характеристики машины, разработанной на базе Южно-Уральского государственного университета. Привод этого карта имеет следующие характеристики: мощность 5 кВт, номинальный момент 25 Нм. В качестве трансмиссии была выбрана цепная механическая передача с передаточным числом 4. Целью разработки была создание системы элек-тропривода автономного электромобиля для картинга. К разрабатываемой электроустановке предъявлялись требования по массе, максимальной скоро-сти, равной 60 км/ч, и габаритам (рис. 1). В ходе тестовых испытаний было установлено, что на одном заряде карт имеет запас хода порядка 35 км (или 40 мин непрерывной езды), максимальная скорость, которую он способен развивать, составляет 61 км/ч, время разгона до 60 км/ч – 4,5 с [1].

Рис. 1. Внешний вид электрокарта в разобранном виде и в товарном виде

3. Немецкая фирма RiMO производит электрическую модель RiMO SiNUS iON. Ее характеристики следующие: максимальная мощность до 23кВт (31 л.с.); крутящий момент до 95 Нм; вес 186 кг; батарейный блок 16 × 3,2 В; аккумуляторные батареи LiFeMnPO4 100 А/ч. Время вождения 60 мин. Вре-мя зарядки 60 мин. Данные об ускорении и максимальной скорости не сооб-щаются [2].

При этом современные гоночные соревнования в классе суперкарт прохо-дят на гораздо более высоких характеристиках болидов. Оснащенные двух-цилиндровым двигателем объемом 0,25 л моторы развивают мощность по-

354

рядка 50 кВт, что для веса, включая водителя, в 200 кг дает отношение мощ-ности к весу примерно 250 кВт на тонну. Это позволяет разгоняться от 0 до 100 км/ч менее чем за 3 с, максимальная скорость – более 250 км/ч.

Для создания электрокарта, способного конкурировать с бензиновыми картами класса KZ2, наиболее популярного класса среди российских гонщи-ков, необходимо обеспечить следующие массогабаритные и тягово-скоростные характеристики: вес без водителя до 100 кг, максимальную ско-рость не менее 150 км/ч, время разгона до 100 км/ч менее чем за 2,5 с и воз-можность езды в гоночном режиме не менее 25 мин[3].

Для обеспечения заданных показателей необходимо использовать электро-двигатель мощностью более 40 кВт. Работу над таким двигателем проводит китайская компания QS. Они имеют опыт создания корпусных тяговых элек-тродвигателей и моторколёс для скутеров, мотоциклов и автомобилей мощно-стью до 100 кВт. Потребление электроэнергии в пиковой нагрузке до 5 кВт ⋅ ч.

Аккумуляторы для электрокарта Для участия в гонках класса КZ2 необходима батарея аккумуляторов

сравнительно небольшого объема, примерно 4 кВт ⋅ ч, с учетом режима мак-симальной нагрузки в течение всей гонки. Наиболее распространенные бата-реи для создания тягового накопителя энергии представлены в таблице.

Сравнительная характеристика батарей

Li-S Li-ion Ni-Cd Al-ion SI Pb-Acid Удельная энергоемкость,

Вт ч/кг 2600 100–200 45–65 40 1000 30–40 Кол-во циклов 50–60 500–1000 600 7500 700 100 Диапазон раб. t, °С От –50

до +60От –20 до +60 (рекомендуе-мая +20)

От –50до +40

От –40до +120

От –20до +60

От –40 до +40

Для батарей наиболее распространено измерение емкости в ампер-часах,

учитывая, что нам необходима емкость 4 кВт ⋅ ч на 12 В, емкость аккумуля-тора в ампер-часах должна быть ≈ 350 Ач.

Для сравнения рассмотрим тяговые батареи, которые сейчас продаются со сборкой из 175 элементов типоразмера 18650(18 мм – диаметр, 650 мм – длина).

Свинцово-кислотный аккумулятор тяговый 24×5PzS350 – 48v 350ah, 48 вольт 350 Ач производства «Тюменский аккумуляторный завод» (Рос-сия, г. Тюмень). Цена 132 909,40 руб., плюс доставка. Размеры (дшв) 815×735×475, мм. Масса не более 603 кг c электролитом.

Тяговая аккумуляторная батарея 24V 350 Aч для погрузчика KARCHER 6654-156. Цена от 74 900 руб. Размеры (дшв) 827×324×462, мм. Масса 300 кг.

355

Оба варианта батарей даже без учета самого карта превышают заданную массу для изделия.

Сборная батарея из 175 li-ion последовательно подключенных элементов типоразмера 18650 имеет массу 12 кг [4] и габариты, указанные на рисунке 2.

Рис. 2. Схема аккумуляторной батареи

из 175 li-ion элементов типоразмера 18650

Цена одного элемента 200 руб., на сборку необходимо 35000 руб., плюс плата управления состоянием батареи 7000 руб. Суммарная стоимость такой сборки 42000 руб. без учета работы [4].

Аккумуляторная батарея крепится на раме из стального уголка 20×20 мм, установленной за сиденьем карта. Электродвигатель зафиксирован на раме карта справа от водителя с помощью стального кронштейна.

Вывод Таким образом, создание профессионального гоночного электрокарта для

участия в соревнованиях уровня KZ2 является возможным и не имеет прямых аналогов в мире, а с развитием электромобильного автоспорта профессио-нальный электрокартинг привлечет многих будущих звезд автоспорта и ста-нет отправной точкой их карьеры, как когда-то стали соревнования класса Supercart [3].


1. Белоусов, Е. В. Электропривод гоночного картинг-электромобиля / Е. В. Бело-усов, А. М. Журавлев, А. Ю. Майсейченко // Аэтерна. – 2017. – Т. 164. – C. 39–41.

2. RiMO-SiNUS iONTechnical data «GS-Approved Security» certificate by Technical inspection Authority (TÜV Rheinland), 2020, 68 p.

3. Уоррэлл, Ф. Льюис Хэмилтон, шестикратный чемпион мира / перевод М. Яши-на. – АСТ, 2020. – 480 с.

4. ЧИП и ДИП – интернет-магазин приборов и электронных компонентов. – URL: https://www.chipdip.ru(дата обращения: 05.05.2021).

356

УДК 621.873.35

А. В. Редькин, кандидат технических наук, доцент Д. С. Поляков, студент; Р. С. Чистяков, доцент

Тульский государственный университет [email protected]

Формирование защитных характеристик

систем безопасности автомобильных кранов Рассмотрены вопросы ограничения грузоподъемности стреловых кранов при ав-

томатизации управления рабочими операциями. Предложены принципы построения-системы предотвращения опрокидывания мобильных грузоподъемных машин. Приве-дена обобщенная схема автомобильного крана. В качестве критерия сохранения ус-тойчивости предлагается использовать положение относительно опорного контура точки приложения приведенной нагрузки.

Ключевые слова: автомобильный кран, безопасность, устойчивость, управление.

Введение Основными задачами при автоматизации управления грузоподъемными

операциями является обеспечение оптимизации рабочего процесса, точно-сти позиционирования, минимизации колебаний груза при соблюдении ус-ловий устойчивости к опрокидыванию [1, 2]. Совместное решение этих за-дач требует интеграции системы обеспечения безопасности, включающей микропроцессорный ограничитель нагрузки крана, координатную защиту, системы мониторинга положения и состояния рабочего оборудования и системы управления исполнительными приводами рабочих органов. Осо-бенностью мобильных грузоподъемных средств является выполнение работ в заранее неопределенных условиях, что приводит к повышению риска оп-рокидывания [3, 4].

Ограничение грузоподъемности крановых установок обуславливается предельной мощностью привода, прочностными характеристиками конст-рукции грузоподъемных машин (ГПМ) и в значительной степени – условия-ми сохранения устойчивости. Это связано, во-первых, с тем, что перегрузка ведет к большинству всех аварий стреловых кранов (опрокидывание, разру-шение конструктивных элементов); во-вторых, с тем, что эти аварии приво-дят, как правило, к разрушению самой машины без возможности ее дальней-шего восстановления, а также возможным вторичным разрушениям и чело-веческим жертвам.

© Редькин А. В., Поляков Д. С., Чистяков Р. С., 2021

357

Основные причины аварийных ситуаций автомобильных кранов Их можно разделить на следующие группы: – связанные с конструктивными и технологическими недостатками (неис-

правность приборов безопасности, некачественное изготовление и неудовле-творительное состояние элементов конструкции);

– связанные с нарушениями правил безопасной эксплуатации (несвоевре-менный контроль состояния ГПМ, неудовлетворительная организация работ, преднамеренный вывод из работы ограничителя грузоподъемности, непра-вильная установка ГПМ и т.п.);

– вызванные влиянием внешних факторов и нестационарностью парамет-ров самой машины (просадка грунта под опорами, резкое усиление ветра, динамические нагрузки в момент переходных процессов, изменение режимов работы механизмов в процессе выполнения грузоподъемных операций и др.).

Управление грузоподъемными операциями Таким образом, функции ограничения грузоподъемности должны быть

возложены на комплексную автоматизированную систему безопасности, учи-тывающую воздействие внешних возмущений и ограничивающую влияние человеческого фактора. Грузовысотные характеристики стреловых кранов, определяющие допустимую нагрузку, представляют собой зависимости мак-симального веса груза Q от величины вылета стрелы относительно ребра оп-рокидывания L, при которой этот груз может быть поднят. Однако при осу-ществлении грузоподъемных операций часто вес груза заранее неизвестен или известен приблизительно, а значение L при фиксированных длине и угле наклона стрелы изменяется в процессе поворота.

В современных микропроцессорных системах управления грузоподъем-ными операциями используются так называемые защитные характеристики, представляющие собой зависимость суммарной допустимой нагрузки Р от текущего положения крановой установки. В простейшем случае (рис. 1, а) она аналогична грузовысотной характеристике. Участок кривой 1 соответст-вует ограничениями по прочности, участок 2 – условиям сохранения устой-чивости.

На использовании подобных характеристик построены большинство со-временных ограничителей грузоподъемности. Например, гидравлические краны фирм Krupp (ФРГ), Liebherr (ФРГ), Tadano (Япония) оснащены микро-процессорными системами, обеспечивающими обработку информации, по-ступающей с датчиков, ее отображение на индикаторах панели управления и прекращение рабочих операций при перегрузках.

Соотношение участков 1 и 2 определяется типом крана и дополнительны-ми мерами, принимаемыми для повышения устойчивости. Так, например, самоходные краны на специальном шасси с большой грузоподъемностью и высотой подъема груза часто оснащаются добавочными противовесами, устанавливаемыми по прибытии на место работы. Эти меры позволяют до-

358

биться значительного увеличения удерживающего момента и, соответствен-но, запаса по устойчивости при больших значениях вылета стрелы. В то же время увеличивается длина участка 1 защитной характеристики (пунктир на рис. 1, а), т. е. повышается вероятность разрушения конструкции вследствие перегрузки при меньшем значении вылета. Наиболее вероятными местами разрушений являются узлы крепления стрелы к опорно-поворотному устрой-ству, болтовые соединения, сварные швы, места концентрации напряжений в металлоконструкции.

Рис. 1. Грузовысотные характеристики

Определение допустимой нагрузки Для автомобильных кранов небольшой грузоподъемности основной зада-

чей устройства безопасности является обеспечение устойчивости к опроки-дыванию. Аварии кранов этого класса, связанные с разрушением конструк-тивных элементов, как правило, вызваны несвоевременным диагностирова-нием и нарушениями правил безопасной эксплуатации.

Причины потери устойчивости могут быть самыми разнообразными, но так или иначе они связаны с превышением опрокидывающего момента над удерживающим вследствие перегрузок, возникающих на рабочем органе. Предельная нагрузка Р является функцией ряда величин, постоянно изме-няющихся в течение рабочего цикла. В качестве основного аргумента защит-ной характеристики рассматривается вылет стрелы относительно ребра опро-кидывания , определяющий величину опрокидывающего момента [5],

max cos , sin ,2 2a bL L L⎡ ⎤⎛ ⎞ ⎛ ⎞′ ′= ϕ − ϕ −⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎣ ⎦

где L′ – вылет стрелы относительно оси поворота; a, b – габаритные размеры опорного контура; φ – угол поворота стрелы (рис. 2).

L

359

В качестве обобщенного параметра, характеризующего влияние положе-ния рабочего оборудования и груза на устойчивость, можно рассматривать текущее положение центра масс крана с грузом относительно опорного кон-тура [3]. Эта величина достаточно полно (без учета влияния возмущающих факторов) определяет запас системы по устойчивости.

Рис. 2. Расчетная схема для определения допустимой нагрузки

Система контроля грузовой устойчивости осуществляют мониторинг те-кущего положения центра масс (или равнодействующей всех сил) относи-тельно ребра опрокидывания с целью определения запаса устойчивости, оп-ределяемого степенью приближения точки приложения этой равнодейст-вующей к границам опорного контура. Изменения величины P в течение рабочего цикла косвенно учитываются по перемещению этой проекции. Если смещение проекции центра масс достигает зоны опасного снижения устойчи-вости, происходит формирование направленного воздействия стабилизи-рующего характера для ограничения скоростей или блокирования перемеще-ния технологического оборудования. Координаты центра масс можно опре-делить с помощью датчиков нагрузки на опорах. В этом случае аргументом защитной характеристики будет являться не вылет стрелы L, а относительное расстояние от центра масс до ребра опрокидывания

2 2min ; ,c c

a ba x b y

⎧ ⎫δ = ⎨ ⎬

+ +⎩ ⎭

где ,c cx y – координаты центра масс относительно оси вращения стрелы крана.

360

Ограничение накладывается не на абсолютное значение нагрузки Р, а на ее относительное приращение

,P PPP

′−Δ =

′

где P′ – текущее значение нагрузки, которое также можно определить с по-мощью датчиков нагрузки на опорах.

Особенностью защитная характеристика должна корректироваться при изменении возмущающих воздействий.

Просадка грунта под выносными опорами приводит к нарушению гори-зонтальности опорного контура ГПМ, что сказывается на соотношении удерживающего и опрокидывающего моментов. Допустимое значение на-грузки Р определится следующим образом:

[ ]KP cos sin,

G c h WsP

kL⋅ α − ⋅ α −

=

где с, h – соответственно, расстояние до оси вращения и высота центра масс ненагруженного крана, KPG – вес крана, α – угол наклона опорного контура по отношению к горизонтали, W – ветровая нагрузки на кран и на груз; k – коэффициент запаса, который согласно правилам Госгортехнадзора должен составлять не менее 1,15.

Датчик направления и силы ветра – анемометр – в настоящее время ис-пользуется для сигнализации и отключения рабочих механизмов при дости-жении силой ветра значения, близкого к допустимому. Его подключение к электронной системе безопасности даст возможность контролировать ско-рость и направление ветра. При этом зависимость можно представить в виде семейства кривых (рис. 1, б), каждая из которых соответствует определенной силе ветра. Аналогичным образом будут выглядеть характеристики при учете других возмущающих воздействий, как внешних, так и внутренних. Следова-тельно, в общем случае защитная характеристика будет представлять собой гиперповерхность, которую можно представить в виде зависимости допусти-мой нагрузки Р от обобщенных координат X и Y. Координата Х определяется текущим положением крановой установки и рабочего оборудования, коорди-ната Y – внешними возмущениями и отклонениями в режимах работы меха-низмов.

Заключение Таким образом, при управлении грузоподъемными операциями система

датчиков формирует информационный массив, позволяющий определить текущее значение ( ), ,P X Y в зависимости от которого подаются управляю-щие сигналы на исполнительные двигатели ГПМ. Системы [6, 7], основанные

361

на рассмотренном принципе, обеспечивают согласованную работу исполни-тельных приводов с точки зрения устойчивости к опрокидыванию, исклю-чающую создание аварийных ситуаций без отключения рабочих механизмов и остановки выполняемых грузоподъемных операций. Оптимизация произ-водительности и энергоэкономичности достигается путем автоматизации процессов регулирования скоростных и мощностных режимов работы меха-низмов крана.


1. Ватулин, Я. С. Моделирование потери устойчивости свободно стоящих стре-ловых самоходных кранов / Я. С. Ватулин, Д. А Потахов., Е. А. Потахов // Вестник Института проблем естественных монополий: Техника железных дорог. – 2016. – № 4 (36). – С.60–66.

2. Редькин, А. В. Интеграция систем безопасности и управления исполнительными приводами мобильных стреловых кранов / А. В. Редькин, П. А. Сорокин, А. С. Митяев // Строительные и дорожные машины. – 2018. – № 7. – С. 6–10.

3. Редькин, А. В. Методы обеспечения устойчивости стреловых самоходных кра-нов при ненормируемых внешних воздействиях / А. В. Редькин, П. А. Сорокин // Строительные и дорожные машины. – 2015. – № 9. – С. 16–19.

4. Редькин, А. В. Управление стреловым краном с учетом дополнительных дина-мических нагрузок / А. В. Редькин, П. А. Сорокин // Автоматизация и современные технологии. – 2014. – № 1. – С. 19–21.

5. Редькин, А. В. Анализ динамики исполнительных приводов гидравлических кранов частотными методами / Известия Тульского государственного университета. Технические науки. – 2012. – № 9. – С. 166–171.

6. Пат. 2267458 РФ, МПК B66С23/90. Система контроля грузовой устойчивости мобильных грузоподъемных машин / Сорокин П. А., Редькин А. В., Козлов М. В. № 2004113179/11; заявл. 28.04.2004; опубл. 10.01.2006, Бюл. № 1.

7. Пат. 2349536 РФ, МПК В66С15/00. Способ управления грузовой устойчивостью мобильного грузоподъемного крана и устройство для его осуществления / Сорокин П. А., Чернов А. В., Редькин А. В., Жильцов А. В. № 2007118310/11; заявл. 16.05.2007; опубл. 20.03.200, Бюл. № 8.

362

УДК 656.13

А. С. Рыжова, кандидат экономических наук, доцент Тихоокеанский государственный университет, Хабаровск

[email protected]

Перечень вопросов для проведения исследования эффективности внедрения автобусов на альтернативном топливе

Рассмотрено современное состояние системы городского общественного пас-

сажирского транспорта (ГОПТ). Представлен аналитический обзор исследований по обновлению подвижного состава парка ГОПТ путем замены автобусов с двигателя-ми внутреннего сгорания на электробусы и автобусы на газомоторном топливе. Сделаны выводы о необходимости учета климатических особенностей, имеющейся инфраструктуры и особенностей организации системы ГОПТ местности, где пред-полагается проводить исследование.

Ключевые слова: сравнительный анализ видов транспорта, городской общест-венный пассажирский транспорт, электробус, двигатели внутреннего сгорания, газо-вое моторное топливо.

Введение

Городской общественный пассажирский транспорт (ГОПТ) – часть еди-ной транспортной системы, одна из важнейших отраслей городского хозяй-ства, в значительной мере определяющая степень благоустройства города и удобства проживания в нем. Качество обслуживания населения города на-прямую зависит от состояния его системы ГОПТ. Согласно Транспортной стратегии России к 2030 г. доля автопарка с двигателями на альтернативных видах топлива должна составить минимум 49 %. Однако переход осущечтв-ляется медленно, и на конец 2019 г. (согласно данным Росстата) на террито-рии РФ при наличии 864 тыс. автобусов только 71 тыс. имели возможность использовать природный газ в качестве моторного топлива (ГМТ), т. е. не более 8,2% от всего автопарка. Основная проблема – отсутствие обслужи-вающей инфраструктуры (зарядных станций и автомобильных газонаполни-тельных компрессорных станциях (АГНКС)).

Предполагается что использование альтернативных видов топлива (ГМТ) или автономного электрического транспортного средства на городских мар-шрутах позволит снизить эксплуатационные затраты и сократить вредные выбросы ГОПТ [1].

Российский и зарубежный опыт исследований Современное состояние российских исследований носит в основном ло-

кальный характер, описывающий возможности использования электробусов © Рыжова А. С., 2021

363

в конкретной местности [1–3], развития инфраструктуры для подзарядки ак-кумуляторных батарей электробусов.

Разработаны математические модели и ПО для исследований различных видов электробусов (аккумуляторный, гибридный) [4]. В работах отдельных авторов рассмотрены вопросы технического обслуживания и ремонта элек-тробусов [5]. В других исследованиях рассматривается влияние выбросов на экологию [6, 7]. На сегодняшний день обобщен опыт эксплуатации электро-бусов для города Москвы [8].

Одни авторы доказывают эффективность электробусов, другие говорят о том, что более эффективным на сегодняшний день может стать троллейбус с увеличенным автономным ходом [9].

В российских городах есть опыт использования автобусов на ГМТ [10]. Также описаны общие преимущества использования автобусов на ГМТ по сравнению с автобусами с двигателями внутреннего сгорания (ДВС) на ди-зельном топливе. Рассматривается влияние дизельных автобусов на качество атмосферного воздуха городов [11]. Многие авторы отмечают не достаточное развитие инфраструктуры – в частности нехватку автомобильных газонапол-нительных компрессорных станций (АГНКС), из-за которой уже имеющийся парк подвижного состава может простаивать и отсутствие государственной поддержки [12]. Российский рынок ГМТ сдерживает отсутствие информации у конечных потребителей о преимуществах и безопасности газового топлива.

Зарубежный опыт внедрения транспорта на ГМТ позволяет выделить ос-новные факторы роста данной отрасли – развитие инфраструктуры (АГНКС), и государственное стимулирование предпринимателей к более высоким эко-логическим стандартам, например, согласование странами ЕС обязательный минимум продаж грузовиков и автобусов с нулевыми выбросами.

Заключение Рассматривая варианты обновления парка ГОПТ на дизельных двигателях

посредством их замены на электробусы и автобусы на ГМТ необходимо учи-тывать целый комплекс показателей. Ожидаемые эффекты внедрения как экологический, так и экономический. Но при этом сама оценка должна про-водиться с учетом климатических и других особенностей города, чтобы дос-тичь предполагаемых эффектов.


1. Актуальность использования электробусов в качестве общественного транспор-та в г. Красноярске / В. А. Зеер, А. Н. Филатов, С. Н. Ветров [и др.] // Безопасность колесных транспортных средств в условиях эксплуатации : материалы 106-й Между-народной научно-технической конференции. – Иркутск : Иркутский национальный исследовательский технический университет, 2019. – С. 568–576.

2. Таранец, Э. Д. Разработка мероприятий по использованию электробусов на маршрутной сети г. Краснодара / Э. Д. Таранец, С. Л. Надирян // Транспортные

364

и транспортно-технологические системы : материалы международной научно-техни-ческой конференции / отв. редактор Н. С. Захаров. – Тюмень : Тюменский индустри-альный университет, 2020. – С. 366–369.

3. Капский, Д. В. Оценка возможности использования троллейбусов и электробу-сов в Полоцке и Новополоцке / Д. В. Капский, Е. Н. Кот, С. С. Семченков // Организа-ция и безопасность дорожного движения : материалы ХII Национальной научно-практической конференции с международным участием (Тюмень, 14 марта 2019 г.) / отв. редактор Д. А. Захаров. – Тюмень : Тюменский индустриальный университет, 2019. – С. 266–273.

4. Слутин, А. Ф. Моделирование режимов движения и сравнительная оценка топ-ливно-энергетической эффективности гибридного электробуса / А. Ф. Слутин, Л. Г. Ручкина, В. А. Бугреев // Наука и техника транспорта. – 2021. – № 1. – С. 51–56.

5. Великанова, М. В. Особенности организации СТО электробусов / М. В. Велика-нова, Ф. В. Фарафонов // Актуальные научные исследования в современном мире. – 2020. – № 6-1 (62). – С. 101–106.

6. Дубровин, И. Р. Виноват ли бензин в глобальном загрязнении атмосферы / И. Р. Дубровин, Е. Р. Дубровин // Энергия: экономика, техника, экология. – 2019. – № 3. – С. 2–11. DOI 10.7868/S0233361919030017.

7. Бобович, Б. Б. Перевод общественного транспорта на электрическую тягу – путь повышения его экологической безопасности // Безопасность жизнедеятельности. – 2019. – № 10 (226). – С. 46–50.

8. Новые автобусы, электробусы и трамваи для Москвы в 2019 году // Мир транс-порта. – 2019. – Т. 17, № 1 (80). – С. 88–89.

9. Горев, А. Э. Эффективность использования инновационного подвижного соста-ва городского пассажирского транспорта / А. Э. Горев, О. В. Попова // Информацион-ные технологии и инновации на транспорте : материалы 5-й Международной научно-практической конференции / под общей редакцией А. Н. Новикова. – Орёл : Орлов-ский государственный университет им. И. С. Тургенева, 2020. – С. 287–294.

10. Современные подходы к решению эколого-экономических проблем городско-го транспорта / Л. М. Теслюк, Н. В. Дукмасова, А. В. Румянцева, М. В. Березюк // Дискуссия. – 2019. – № 5 (96). – С. 62–70. DOI: 10.24411/2077-7639-2019-10041.

11. Толстых, М. А. Модель обеспечения городского пассажирского транспорта га-зовым моторным топливом // Управление качеством в транспортной и социальной сферах : сборник научных трудов транспортного факультета по материалам XLI сту-денческой научной конференции / под редакцией В. И. Рассохи. – Оренбург : Орен-бургский государственный университет, 2019. – С. 64–67.

12. Обзор международного рынка ГМТ // Транспорт на альтернативном топливе. – 2019. – № 3 (69). – С. 21–28.

365

УДК 621.789, 621.7.044.7

Ж. В. Самохвалова, кандидат технических наук, доцент Самарский государственный университет путей сообщения

[email protected] Изменение характеристик материала металлоконструкций

и рабочих органов строительно-дорожных машин магнитно-импульсной обработкой

Рассмотрены технологические возможности управления физико-механическими

свойствами конструкционных материалов при воздействии импульсных магнитных полей. Магнитно-импульсной обработкой можно изменять характеристики поверх-ностных слоев конструкционных материалов и сварных швов элементов машин. Воз-можно без термообработки снижение остаточных напряжений в сварных соедине-ниях металлоконструкций и поверхностных слоях деталей рабочих органов машин после их длительной эксплуатации или их упрочнение.

Ключевые слова: магнитно-импульсное воздействие, разупрочнение, остаточные напряжения.

Введение

Уменьшение эксплуатационных затрат и стоимости ремонтных работ строительно-дорожных машин возможно путем обеспечения повышенной износостойкости деталей рабочих органов машин и прочности сварных со-единений элементов металлоконструкций. Долговечность работы деталей рабочих органов машин во многом определяется интенсивностью их износа в процессе эксплуатации. В связи с этим разрабатываются различные техно-логические методы управления параметрами поверхностных слоев деталей в процессе их изготовления или ремонта, которые позволяют изменять физи-ко-механические свойства их материалов. Существующие методы упрочне-ния конструкционных материалов основаны на механизмах торможения дис-локаций, путем увеличения их плотности. Также различными методами обес-печивается взаимодействия дислокаций с атомами легирующих элементов, измельчение блоков или образования дисперсных частиц карбидов или нит-ридов. Это также возможно путем изменения состояния металлов и сплавов при импульсном высокоэнергетическом воздействии, которое сопровождается упрочнением вследствие изменения энергетического запаса приповерхност-ного слоя.

© Самохвалова Ж. В., 2021

366

Магнитно-импульсное воздействие на электропроводные материалы

Магнитно-импульсная обработка конструкционных материалов требует импульсных магнитных полей напряженностью до (2...3) ⋅ 107 А/м и обуслов-ленных ими вихревых токов плотностью до 108...109 А/м2 с длительностью импульса менее 10–3 с [1]. Такие импульсные магнитные поля генерируют при разряде батареи конденсаторов на индуктор, расположенный около поверхно-сти обрабатываемой детали. Преимуществом магнитно-импульсной обработ-ки конструкционных материалов деталей машин по сравнению с иными тех-нологиями упрочнения является неизменяемость геометрических параметров и качества обработки поверхности обрабатываемых деталей. Не нужно про-водить дополнительные термообработки и финишные операции.

Импульсное электромагнитное поле проникает в материал детали на глу-бину скин-слоя, которая зависит как от частоты электромагнитных колебаний, так и от электропроводности материала изделия. Это позволяет без термооб-работки детали изменять твердость только поверхностного слоя детали с со-хранением исходной вязкости основного материала. Такая обработка необхо-дима, например, для повышения ударной стойкости и ресурса элементов ра-бочих органов строительно-дорожных машин. При действии давления импульсного магнитного поля кроме непосредственно деформации, приво-дящей к уплотнению структуры поверхностного слоя, что, в свою очередь, приводит к механическому упрочнению поверхностных слоев деталей, про-исходят фазовые превращения аустенит – мартенсит и перемещение приме-сей и дефектов по границам зерен. В конструкционных, инструментальных и легированных сталях на поверхности детали глубиной от 50 до 250 мкм образуется мелкодисперсная структура, которая обусловлена образованием новых границ между зернами и дроблением пластинок цементита [2–4]. Этот поверхностный слой плохо травится, так как имеет повышенную плотность. Это позволяет значительно повысить прочностные и износостойкие свойства элементов рабочих органов строительно-дорожных машин. Магнитно-импульсное воздействие наиболее целесообразно при наличии внутренних изменений структуры материала деталей, возникающих в процессе эксплуа-тации техники. Повышенный эффект от магнитно-импульсной обработки в этом случае обусловлен концентрацией магнитного поля и наведенных вих-ревых токов на дефектах структуры материала. При времени воздействия им-пульса магнитного поля, не превышающем время адиабатичности, возникают значительные градиенты температуры и большие термоупругие сжимающие напряжения.

Многочисленные экспериментальные исследования по влиянию магнит-но-импульсного воздействия на эксплуатационные свойства конструкцион-ных материалов, приведены в [5]. Они показали, что при магнитно-импульсной обработке материалов в результате одновременного действия

367

давления импульсного магнитного поля и вихревых токов происходит лока-лизация или даже полное устранение дефектов структуры поверхностных слоев материала детали, способствующих появлению зародышевых трещин. Эффект смыкания пор и усталостных трещин в материале детали зависит от амплитуды импульса давления магнитного поля, величины переданной мате-риал удельной энергии и характера силового нагружения. Например, уста-новлено, что для деталей из углеродистых сталей при удельной энергии по-рядка 2,5...3,5 Дж/мм3 импульс электромагнитного поля и связанный с ним импульс вихревого тока оказывают существенное влияние на повышение ме-ханических свойств материалов в поверхностных слоях [5, 7]. Эти эффекты обусловлены движением электронов и их взаимодействием с дислокациями в материале, которое вызывает снижение сопротивление деформированию. Повышение пластичности металлов также обусловлено локальным нагревом материала вихревыми токами в зоне дефектов структуры, имеющих повы-шенное электросопротивление. Вводимая при магнитно-импульсной обра-ботке энергия вызывает сдвиговые и диффузионные релаксационные процес-сы и стимулирует переход конструкционного материала из неравновесного состояния в более стабильное состояние.

Влияние магнитно-импульсной обработки на параметры материала деталей

Высокоэнергетическое воздействие импульса магнитного поля приводит к повышению характеристик конструкционной прочности материалов для вязкого разрушения деталей машин. Повышается сопротивляемость материа-ла как к зарождению, так и к распространению трещин. Магнитно-импульсная обработка увеличивает усталостную долговечность материала по отношению к его исходному состоянию в 2 раза, а к отожженному состоянию – на 30...35 % [5]. Это происходит при воздействии импульсным магнитным полем как на стадии зарождения трещины, так и в период ее роста до фикси-руемого размера. Магнитно-импульсное воздействие позволяет ликвидиро-вать усталостные трещины и полностью восстановить ресурс деталей, рабо-тающих при циклическом нагружении, после наработки близкой к разруше-нию [5]. Это позволяет значительно увеличить или восстановить как многоцикловую, так и малоцикловую стойкость материала деталей в процес-се ремонта деталей рабочих органов машин. Магнитно-импульсная обработка позволяет интенсифицировать восстановление механических свойств мате-риалов деталей рабочих органов строительно-дорожных машин после дли-тельного динамического нагружения в процессе эксплуатации.

В процессе сборки или ремонта машин, магнитно-импульсная обработка является эффективным методом упрочнения сварных соединений без их ме-ханической нагартовки, т. е. упрочнение возможно в конструкциях с малой жесткостью. При воздействии импульсных магнитных полей и больших вих-ревых токов, в результате рекристаллизации происходит локальное изменение

368

структуры как околошовной зоны, так и самого шва. Это приводит к сниже-нию внутренних напряжений в сварном соединении. Высокоэнергетическая обработка материалов воздействием импульса магнитного поля может быть применена для упрочнения сварных соединений в металлоконструкциях, де-талей механических передач машин, опорных элементов строительно-дорожной техники, рессор или пружин, а также для стальных канатов грузо-подъемных механизмов.

Усталостная прочность сварных швов после воздействия импульсным магнитным полем увеличивается на 60...80 % в основном за счет смыкания зародышевых трещин. В зоне термического воздействия сварного шва проис-ходит измельчение зерен примерно в два раза. Имеет место переход растяги-вающих напряжений в сжимающие, что существенно повышает ресурс рабо-ты деталей при динамическом нагружении.

Другим преимуществом высокоэнергетического магнитно-импульсного воздействия является возможность снижения уровня остаточных напряжений в поверхностном слое детали без ее нагрева. Вихревые токи, протекающие в поверхностных слоях материала детали на глубине скин-слоя, нагревают только локальные участки вокруг кристаллитов напряженных блоков, а также у неоднородностей структуры металла, практически без разогрева остальной части материала. Это приводит к снижению внутренних остаточных напря-жений, микронапряжений. Даже при значительной степени использования ресурса пластичности материалов в процессе эксплуатации машин примене-ние магнитно-импульсной обработки обеспечивает снижение величин оста-точных напряжений 1-го рода в поверхностном слое детали в 3...4 раза и при-водит к полному исключению остаточных напряжений 2-го рода [5].

Величина остаточных напряжений в материале рабочих органов машин, возникающих в процессе механического взаимодействия с твердыми порода-ми, распределяется от наружной поверхности вглубь материала и изменяется по закону, близкому экспоненциальному. Плотность вихревых токов в мате-риале детали при магнитно-импульсном воздействии также изменяется по экспоненциальному закону. Это позволяет распределять удельную энергию по глубине поверхностного слоя пропорциональную величине остаточных на-пряжений для каждого элемента слоя. Для устранения остаточных напряже-ний в приповерхностном слое материала элементов рабочих органов необхо-димо воздействие импульсным магнитным полем с частотой, обеспечиваю-щей равенство глубины зоны остаточных напряжений и толщины скин-слоя вихревых токов в изделии [8]:

( ) 120 ,f

−= π⋅μ ⋅ γ ⋅ Δ

где μ0 – магнитная постоянная; γ – электропроводность материала детали; ∆ – толщина слоя остаточных напряжений. Магнитно-импульсная обработка по-зволит снять остаточные напряжения в поверхностном слое материалов дета-

369

лей, в том числе тонкостенных, без их общего разогрева. Поэтому исключает-ся возможное коробление или поводка деталей.

Вследствие отсутствия механического воздействия на поверхность дета-лей, магнитно-импульсная обработка вызывает принципиальное изменение структуры поверхностных слоев стальных деталей без изменения их чистоты и геометрии этой поверхности. Импульсное воздействие электромагнитного поля формирует в материале мелкозернистую структуру, определяемую ано-мальными процессами рекристаллизации. У деталей из ферримагнитных ма-териалов, при магнитно-импульсном воздействии, в зонах с повышенной магнитной проницаемостью возникают локальные механические напряжения. Они превышают напряжения необходимые для протекания сдвиговых де-формаций. Это приводит к образованию мелкодисперсной структуры на поверхности детали, путем дробления зерен по границам этих зон, и к до-полнительному упрочнению материала. В поверхностных слоях стальных деталей образуется структура типа белого слоя с высокой микротвердостью и износостойкостью.

Например, магнитно-импульсная обработка стали 110Г13Л, применяемой для изготовления элементов рабочих органов строительно-дорожных машин, благоприятно влияет на структурные изменения в ней. Измельчается блочная структура и карбидная фаза, появляются двойники деформации. Все это зна-чительно повышает износостойкость и трещиностойкость этого материала в поверхностных слоях, где проявляются эффекты магнитно-импульсной об-работки. В каждом конкретном случае есть принципиальная возможность путем магнитно-импульсной обработки управлять характеристиками поверх-ностных слоев материала деталей машин в нужном направлении.

При магнитно-импульсной обработке изделий сложного профиля, эффект поверхностного упрочнения наиболее эффективно реализуется на участках детали, имеющих минимальное расстояние до рабочей зоны индуктора. В этих зонах создается максимальная напряженность поля. Поэтому для по-верхностного упрочнении деталей сложной формы необходимо применять индуктор, рабочая зона которого эквидистантна поверхности обрабатываемой детали. Это позволит обеспечить однородности характеристик упрочнения по всей поверхности изделия.

Выводы Магнитно-импульсная обработка деталей в процессе производства и ре-

монта строительно-дорожных машин может позволить: – повысить твердость поверхностей элементов рабочих органов; – восстановить прочность в околошовной зоне сварных соединений ме-

таллоконструкций; – обеспечить смыкания зародышевых трещин, повысить предел выносли-

вости и ресурс металлоконструкций, работающих при длительных динамиче-ских нагрузках.

370


1. Самохвалов, В. Н. Магнитно-импульсная и электроимпульсная обработка дета-лей машин / В. Н. Самохвалов, Ж. В Самохвалова. // Современные проблемы теории машин. – 2017. – № 5. – С. 113–115.

2. Алифанов, А. В. Исследование влияния магнитно-импульсной обработки по-верхностного слоя стальных образцов на их физико-механические свойства / А. В. Алифанов, И. А. Богданович, В. В Малеронок. // Вестник БарГУ. Технические науки. – 2017. – Вып. 5. – С. 18–24.

3. Попова, Ж. А. Особенности изменения физико-механических свойств конструк-ционных сталей при магнитно-импульсной обработке // Вестник Брестского государ-ственного технического университета. Машиностроение. – 2012. – № 4. – С. 43–46.

4. Алифанов, А. В. Физика процесса магнитно-импульсного упрочнения стальных изделий, расчет индукторов и параметров процесса / А. В. Алифанов, Д. А. Ционенко, А. М. Милюкова // Перспективные материалы и технологии. – Витебск : ВГТУ, 2017. – Гл. 2. – С. 31–52

5. Курилкин, Б. В. Эксплуатационная характеристика легких деформируемых спла-вов / Б. В. Курилкин, В. Н. Самохвалов. – Самара : СамГАПС, 2005. – 86 с.

6. Курлаев, Н. В. Экспериментальные исследования изменения прочностных свойств и структуры материалов при обработке импульсным магнитным полем / Н. В. Курлаев, А. И. Гулидов, H. A. Рынгач. – Самара : СамГАПС, 2005. – 86 с.

6. Курлаев, А. И. // Сборник научных трудов НГТУ, 2004. – № 4 (38). – С. 75–82. 7. Володин, В. Л. Поверхностное упрочнение металлических материалов импульс-

ными магнитными полями / В. Л. Володин, М. И. Бадьина, Т. В. Володин // Действие электромагнитных полей на пластичность и прочность материалов. – Воронеж, 1994. – С. 29.

8. А.с. № 1759947 СССР, МКИ C22F1/00. Способ обработки изделий / Самохва-лов В. Н., Лебедев Г. М., Цуканов В. Ф., Голиусов Т. А., 1992.

371

УДК 612.43

В. А. Севостьянов, студент Военная академия РВСН им. Петра Великого (филиал в Серпухове)

[email protected]

Вероятностно-логический подход к выявлению неисправностей автомобилей

Среди основных факторов, определяющих эффективность эксплуатации авто-

мобилей в РВСН, ведущее место принадлежит системе технического обслуживания и ремонта (ТО и Р), ее научной обоснованности и совершенству, в настоящее время определяемая как планово-предупредительная система (ППС) ТО и Р. Огромное зна-чение в развитии системы ТО и Р имеет диагностирование автомобилей.

Ключевые слова: диагностика, техническое обслуживание, ремонт, НТТС, на-дежность.

Введение

Теоретическим и практическим вопросам контроля надежности различ-ных механических объектов посвящено большое количество научно-технических статей, брошюр, книг, монографий, справочных руководств и другой научно-технической литературы. Достаточно подробная информа-ция по самым различным вопросам контроля показателей механической на-дежности исследуемых объектов содержатся в справочниках. Однако научно-техническая литература, посвященная разработке вероятностно-логических задач контроля показателей элементов автомобилей, практически отсутствует.

Диагностические параметры связаны определенными зависимостями со структурными параметрами и с эксплуатационными качествами двигателя. Знание зависимостей между структурными и диагностическими параметра-ми, понимание характера их изменения в процессе эксплуатации позволяет определять действительное состояние агрегатов без их разборки, прогнози-ровать остаточный ресурс и обоснованно назначать вид ремонта или объем технического обслуживания двигателя.

Из анализа [1, 2] отказов, возникающих в топливной системе дизеля, око-ло 40 % отказов приходится на неисправности, связанные с нарушением кон-тактов и соединений; 30 % – выход из строя одного из элементов (например, датчика); 20 % – подсистему смесеобразования; 10 % – механические.

Учитывая, что количество отказов возрастает с увеличением пробега ав-томобиля, необходимо проведение углубленного анализа отказов системы управления топливной системой. Необходимо также понимать, что своевре-менная объективная диагностическая информация о достижении автомоби-

© Севостьянов В. А., 2021

372

лем предельных значений параметров позволяет в сжатые сроки направлять автомобили в ремонт или производить их списание.

Применение встроенного диагностирования позволяет оперативно произ-водить корректировку системы ТО и ремонта посредством воздействия управляющей информации по перераспределению потоков автомобилей, чем предполагается уменьшение времени простоев автомобилей в ремонте.

Диагностические параметры двигателя позволяют определять техниче-ское состояние отдельных его механизмов, систем и сборочных единиц, но не дают возможности оценить его состояние в целом. Поэтому на практике не-обходимо использовать одновременно несколько методов и параметров или выбирать подходящие для данного случая.

Вероятностно-логическая модель диагностирования Преимущества встроенного диагностирования очевидны, но требуют вы-

сококвалифицированного персонала. Например, анализ шума и вибрации, возникающих при работе механизмов, дает возможность диагностировать все подвижные сопряжения, в которых возникают ударные нагрузки. Этим мето-дом можно диагностировать кривошипно-шатунный и газораспределитель-ный механизмы на начальном этапе поиска неисправностей.

Применительно к автомобилям КамАЗ с дизелями и многоплунжерными насосами можно выделить несколько стратегий диагностирования:

1. Диагностирование поточным методом (на постах диагностирования, включая КТП).

2. Диагностирование водителем на линии и по информации со щитка при-боров.

3. Диагностирование водителем (оператором) системы управления двига-телем с применением самодиагностики и считыванием блинк-кодов, а также с применением компьютерного диагностирования (ОВD-2).

4. Диагностирование программно-измерительным комплексом с примене-нием накладного датчика;

5. Диагностирование с применением программ экспертных систем. Таким образом, вероятно-логическая модель позволяет при использова-

нии ее на основе встроенных средств минимизировать вероятность возникно-вения неисправности путем своевременного отслеживания изменения кон-трольного параметра. В перспективе данный метод сможет охватывать все необходимые для контроля узлы и агрегаты автомобиля.

Если неисправность находится вне контролирующих датчиками парамет-ров, то с помощью блока с базой данных система встроенного диагностиро-вания позволит сократить время поиска неисправности.

Система анализирует полученную информацию и подтверждает связи между диагностическими параметрами и возможными нарушениями струк-турных параметров путем опроса водителя о косвенных признаках возникно-вения неисправности, событиях, предшествовавших возникновению дефекта,

373

прохождении технического обслуживания, перечне операций ТО, применяе-мых материала при ремонте и эксплуатации, режиме работы машины, лимите времени на выполнение операции и др.

Данная методика построения гипотезы позволяет существенно снизить возникновение ложных гипотез. С развитием технологий перечень средств диагностирования может добавляться в базу данных. В предлагаемой мето-дике использованы все достоинства логического метода: низкие требования к квалификации диагностирующего, низкая стоимость средств диагностиро-вания, а влияние возможных ошибок при построении гипотезы снижается.

На основании полученной информации на этом этапе определяются веро-ятные гипотезы – элементы двигателя, подозреваемые на отказ. После этапа выбора качественных признаков в системе происходит просмотр базы дан-ных и формирование рабочего набора предполагаемых неисправностей, обеспечивающих решение задачи поиска неисправностей. После определения качественного признака следует определить причину неисправности.

Заключение Применение встроенного диагностирования позволит увеличить уровень

эксплуатационной надежности автомобильного парка, снизить материальные и трудовые затраты на проведение технического обслуживания и ремонта автомобилей, уменьшить потребность в технологическом оборудовании и производственно-складских помещениях.

Основываясь на вышеуказанных преимуществах вероятно-логической модели, можно существенно сократить время на поиск неисправностей, воз-никающих при эксплуатации подвижного состава, и повысить оперативность диагностирования.

Предлагаемая методика позволит оперативно проводить диагностирова-ние, по результатам которого автомобиль может направляться в ремонт, а неисправности с нетрудоемкими операциями восстановления могут прово-диться на линии. Данная методика создает предпосылки к росту коэффици-ента технической готовности парка автомобилей, снижению элементов ре-зервирования автомобилей, что позволит оптимизировать транспортный про-цесс, технико-экономические показатели автомобилей и автотранспортного предприятия.


1. Баширов, Р. М. Топливные системы автотракторных и комбайновых дизелей, конструкционные особенности и показатели работы. – Уфа : Башкирский государст-венный аграрный университет, 2000. – 156 с.

2. Грехов, Л. В. Автоматизированный комплекс для исследований и диагностиро-вания топливных систем дизельных двигателей. Рабочие процессы дизелей : учебное пособие / Л. В. Грехов, В. А. Светлов, А. В. Сячинов. – Барнаул : Алтайский государ-ственный университет, 1995. – 160 с.

374

УДК 631.37

Д. А. Смирнов, студент А. В. Пузаков, кандидат технических наук, доцент Оренбургский государственный университет


Оценка технического состояния стартерной аккумуляторной батареи

Приведены способы оценки технического состояния стартерной аккумуляторной

батареи (АКБ). Описан специально разработанный нагрузочный цикл. Приведены результаты тестирования АКБ с различной наработкой, различной степенью заря-женности и моделированием окисления полюсных выводов. Предложена и проверена формула расчета состояния работоспособности по напряжению.

Ключевые слова: стартерная аккумуляторная батарея, состояние заряженности, состояние работоспособности.

Введение

Ухудшение технического состояния стартерной АКБ в процессе эксплуа-тации оценивается количественным изменением ее параметров.

Параметры стартерных АКБ можно разделить на структурные, непосред-ственно изменяющиеся в процессе эксплуатации (степень изношенности по-верхности пластин, целостность межэлементных соединений и др.), выход-ные, определяемые в процессе испытаний, и расчетные.

К расчетным параметрам стартерных АКБ можно отнести степень заря-женности (State-of-Charge, SOC) и степень работоспособности (State-of-Heath, SOH) [1].

Целью этой статьи является анализ существующих методов оценки тех-нического состояния стартерной аккумуляторной батареи, а также выведение зависимостей на основе экспериментальных данных.

Степень заряженности и степень работоспособности батареи Измерение степени заряженности АКБ по напряжению – сравнительно

простой метод, не лишенный ряда недостатков. Во-первых, напряжение АКБ (как и плотность электролита) изменяется под воздействием температуры окружающей среды. Во-вторых, и это самое важное, в процессе проведения измерения цепь АКБ должна быть разомкнута (не подключена к источникам или потребителям). Для получения точных показаний цепь АКБ должна быть разомкнутой более двух часов, так как из-за эффекта восстановления напря-жение АКБ может не соответствовать ее степени заряженности.

© Смирнов Д. А., Пузаков А. В., 2021

375

При расчете степени заряженности общепринятым является следующее выражение

( )

( )min

max min

,iU USOC

U U−

=−

(1)

где iU – текущее значение напряжения на выводах АКБ, В; maxU – макси-мальное значение напряжения, соответствующее полностью заряженной АКБ, В (12,61 В); minU – минимально допустимое напряжение, В (12 В).

Степень работоспособности АКБ равняется отношению текущего состоя-ния батареи к состоянию, заявленному производителем. Степень работоспо-собности АКБ в первую очередь отражает ее способность обеспечить запуск двигателя, а также работу других мощных потребителей.

В общем случае значение SOH равно отношению текущего параметра АКБ к некоторой заданной величине. В качестве такого параметра может выступать внутреннее сопротивление АКБ, емкость, ток холодного пуска и напряжение под нагрузкой.

1 100 %,newR RSOH

R−⎛ ⎞= − ⋅⎜ ⎟

⎝ ⎠ (2)

где R – текущее значение внутреннего сопротивления АКБ, Ом; newR – внут-реннее сопротивление новой АКБ, Ом.

20ном20

100 %,C

OHC

= ⋅ (30)

где 20C – текущее значение емкости АКБ, А·ч; ном20C – номинальная емкость

АКБ, А·ч. Но поскольку измерение сопротивление и емкости на автомобиле затруд-

нено, то предпочтительным вариантом является измерение напряжения (4). Оно же положено в основу наших исследований:

( )( )

min 1

1

,new

U USOH

U U−

=−

(4)

где minU – текущее значение напряжения АКБ под нагрузкой, В; newU – мак-симальное значение напряжения под нагрузкой новой АКБ, В; 1U – мини-мально допустимое напряжение под нагрузкой, В.

По результатам тестирования АКБ было установлено, что для расчета SOH в тестере используется квадрат отношения текущего тока к току холод-

376

ного пуска. Но для измерения тока на автомобиле требуется установка до-полнительных датчиков.

2

,i

CCA

ISOH

I⎛ ⎞

= ⎜ ⎟⎝ ⎠

(5)

где iI – текущее значение силы тока на выводах АКБ, А; CCAI – номинальное значение силы тока холодного пуска, А.

Разработка испытательного цикла Для проведения экспериментов был специально разработан испытатель-

ный цикл, имитирующий работу АКБ на борту автомобиля [2]. Каждый ре-жим заканчивается десятиминутным отрезком времени, отведенным для вос-становления.

1. Режим прогрева ДВС. Такой режим на автомобиле сопровождается ра-ботой большого числа нагревательных устройств (стекол, зеркал, сидений, руля и др.). Моделируется работой стартерного электродвигателя в режиме холостого хода. Длительность режима: 15 сек. В этом режиме задействован электродвигатель М1, измерительные устройства А1, А2, РА1, А5.

2. Режим запуска ДВС. Режим моделируется подключением к САКБ на-грузочной вилки (малого электрического сопротивления). Длительность это-го режима нагружения составляет 10 сек. В этом режиме задействована на-грузочная вилка А3, токовые клещи Т1 с мультиметром А2, приборы А1, А5.

3. Максимальная нагрузка. Этот режим моделирует электроснабжение стартерного электродвигателя в первые доли секунды, когда ток в цепи дос-тигает максимальных значений. Обеспечивается заклиниванием шестерни стартера на специализированном стенде. Длительность данного нагрузочного режима не должна превышать 5 сек. В этом режиме задействован электро-двигатель М1, измерительные устройства А1, А2, РА1, А5.

4. Режим аварийной работы. В этом режиме проверяется способность стартерной АКБ снабжать потребители электроэнергией на автомобиле при отказе автомобильного генератора. Нормированное значение силы тока этого режима, составляет 25 А, длительность при оценке технического состояния – не менее 180 сек. В этом режиме задействован переносной вольтамперметр КИ-1093 (А4), измерительные устройства А1, А2, А5.

Наиболее информативным является режим полного торможения; в даль-нейшем приведены расчеты степени работоспособности на основании ре-зультатов именно этого теста.

Общая схема цикла представлена на рис. 1. На рисунке 2 представлены результаты тестирования нескольких АКБ

с разной наработкой [3]. По результатам тестов все батареи имеют различия в характеристиках пропорциональные их степеням работоспособности. Наи-

377

более показательными являются результаты тестирования батареи с уровнем работоспособности 25 %.

Рис. 1. Схема испытательного цикла: А1 – смартфон; А2 – мультиметр OWON B41t+; А3 – нагрузочная вилка H-2005; А4 – переносной вольтамперметр КИ-1093; А5 – регистратор аналоговых данных HOBO UX120-006M; Т1 – токовые клещи Hantek CC-650; GB1 – стартерная аккумуляторная батарея 6CT-60L; К1 – дистанционный выключатель массы; К2 – тяговое реле стартера; M1 – стартерный электродвигатель 2120-3708010; PA1 – амперметр; PV1 – вольтметр; RS1 – токовый шунт 100 А; SB1 – пусковая кнопка

Рис. 2. Результаты тестирования батарей с различной наработкой

378

Помимо батарей с разной наработкой было проведено исследование влия-ния неисправности на параметры АКБ [4–6]. На данный момент были иссле-дованы снижение степени заряженности и окисление полюсных выводов.

На рисунке 3 представлены результаты тестирования АКБ, разряженных на 50 и 25 %. Разряд исправной батареи на 50 % привел к снижению напря-жения всего на 15 %.

Рис. 3. Результаты тестирования батарей с разной степенью заряженности

Подключение последовательно с аккумуляторной батареей резистора (моделирование окисления полюсных выводов) не изменяет параметры нена-груженной батареи. В режиме нагружения в этом случае уменьшается раз-рядный ток и напряжение на выводах аккумуляторной батареи вследствие падения напряжения на резисторе.

Были проведены тестирования для значений сопротивления 11,5, 20 и 40 мОм (рис. 4). Увеличение сопротивления до 40 мОм привело к снижению напряжения, следовательно, и снижению пусковых способностей в 3 раза. При такой неисправности запуск двигателя невозможен.

Результаты расчета SOH по напряжению представлены красными и жел-тыми точками, здесь же для сравнения приведены значения, полученные при помощи тестера АКБ (зеленые маркеры). Подобранное уравнение регрессии представляет собой степенную функцию, причем почти квадратичную. Сле-довательно, расчет SOH по величине напряжения становится возможны при

379

эксплуатации АКБ на борту ТС и позволяет оперативно оценивать ее техни-ческое состояние.

Рис. 4. Результаты тестирования батарей с окислением полюсных выводов

Рис. 5. Результаты расчета SOH по напряжению

380


1. Kataoka, T., Takechi, H., Hatanaka, A., Yamaguchi, Y., Matsuura, T., Matsutani, Y. Battery State Estimation System for Automobiles. Sei Technical Review, 2019, no 88, pp. 55-58.

2. Пузаков, А. В. Разработка нагрузочного режима стартерной аккумуляторной ба-тареи / А. В. Пузаков, Д. А. Смирнов // Грузовик. – 2020. – № 11. – С. 30–34.

3. Пузаков, А. В. Исследование влияния наработки на выходные параметры стар-терных аккумуляторных батарей / А. В. Пузаков, Д. А. Смирнов // Прогрессивные технологии в транспортных системах : сборник материалов XV Международной на-учно-практической конференции. – Оренбург : ОГУ, 2020. – С. 516–524.

4. Моделирование процессов изменения электрических характеристик свинцово-кислотного аккумулятора / С. С. Волков, М. Е. Ильин, В. Д. Рогачёв, А. В. Набатчиков // Вестник Рязанского государственного радиотехнического университета. – 2020. – № 71. – С. 196–208.

5. Puzakov, A., Smirnov, D. Physical simulation of the faults of starter batteries. IOP-Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng., 2020, 971, 052066.

6. Пузаков, А. В. Моделирование параметров технического состояния стартерных аккумуляторных батарей / А. В. Пузаков, Р. Ф. Калимуллин, Д. А. Смирнов // Техни-ко-технологические проблемы сервиса. – 2021. – № 1. – С. 9–13.

381

УДК 681.2.08

Н. С. Соколов-Добрев, кандидат технических наук, доцент Е. Е. Беккер, студент; В. А. Березин, студент

Волгоградский государственный технический университет [email protected], [email protected], [email protected]

Экспериментальный стенд для исследования динамической нагруженности силовой передачи трактора тягового класса 0.2

на основных эксплуатационных режимах Разработана конструкция стенда, позволяющая исследовать нагруженность

трансмиссии ТТС тягового класса 0.2 на различных эксплуатационных режимах. Выполнена тарировка первичных тензометрических преобразователей на полуосях заднего моста. Разработана методика испытаний деталей и узлов силовой передачи, возникающих на предельных режимах работы ТТС. Получены экспериментальные графики зависимостей крутящих моментов на валах заднего моста от неравномер-ности тягового усилия на ведущих колесах трактора.

Ключевые слова: трактор, трансмиссия, динамическая нагруженность, силовая передача, экспериментальный стенд, тензометрическая аппаратура, тензодатчик, ва-лопровод, крутящий момент.

Введение

Одним из наиболее тяжелых условий работы трансмиссии колесных ТТС является режим буксования с заблокированным дифференциалом в условиях неравномерного нагружения ведущих колес тяговым усилием. В этом режи-ме передаваемая мощность перераспределяется между колесами пропорцио-нально тяговой силе, реализуемой на ведущих колесах. При этом из-за не-равномерного закручивания полуосей возникает циркуляция мощности в замкнутом силовом контуре дифференциал – полуоси – грунт. Данный ре-жим работы может усугубляться крутильными колебаниями, возникающими в трансмиссии из-за внешних и внутренних нагружающих воздействий. Для обеспечения надежности и долговечности конструкции силовой передачи в условиях установленного срока службы практический интерес представляет определение взаимосвязи коэффициента реализации распределения тягового усилия между ведущими колесами с возникающей в трансмиссии неравно-мерностью динамических составляющих крутящих моментов на определен-ных режимах работы. Полученные данные целесообразно использовать для уточнения и корректировки динамических и математических моделей транс-миссий тракторов на стадии проектирования и доводки их конструкций.

© Соколов-Добрев Н. С., Беккер Е. Е., Березин В. А., 2021

382

Возможности испытательного стенда Для экспериментального исследования взаимосвязи неравномерности тя-

говых сил, приложенных к ведущим колесам и крутящих моментов, возни-кающих в трансмиссии ТТС, на кафедре «ТМД» ВолгГТУ был разработан испытательный стенд (рис. 1). Конструкция стенда представляет из себя сварную раму 1 с опорными роликами 2, на которую установлен колесный трактор 3 тягового класса 0.2. Ролики снабжены фрикционными накладками 4, позволяющими в процессе проведения эксперимента менять момент со-противления вращению, тем самым задавая величину крюковой нагрузки, а также изменяя распределение тяговой силы между ведущими колесами. Нагружающее устройство 5, воздействующее на фрикционные накладки, снабжено тензометрическими датчиками 6, позволяющими определить крю-ковую силу тяги. Опорные ролики и ведущие колеса трактора снабжены оп-тическими датчиками 7 и 8, позволяющими определять частоту вращения. Данные, полученные с помощью оптических датчиков, используются для расчета коэффициента буксования. Для определения крутящих моментов на полуосях трактора установлены тензометрические датчики 9, соединенные по мостовой схеме.

а б

Рис. 1. Измерительный стенд (а, б): 1 – сварная рама; 2 – опорные ролики; 3 – трактор; 4 – фрикционная накладка; 5 – нагружающее устройство; 6 – тензометрический датчик силы; 7, 8 – оптический датчик; 9 - тензометрический датчик момента

Принципиальная электрическая схема измерительной аппаратуры стенда представлена на рисунке 2.

Измерительный стенд позволяет имитировать различные уровни тяговой силы на ведущих колесах ТТС, тем самым моделируя неравномерность на-гружения левой и правой полуосей, а в отдельных случаях создавая циркуля-цию силового потока в замкнутом контуре трансмиссии. Измерение крутя-щих моментов на полуосях, тяговой и крюковой силы, а также скоростей вращения роликов и ведущих колес позволяет проводить исследование на-

383

груженности ТТС на основных эксплуатационных и предельных режимах нагружения.

Рис. 2. Принципиальная электрическая схема измерительной аппаратуры стенда

Для определения неравномерности крутящих моментов, возникающих в трансмиссии исследуемого трактора тягового класса 0.2, на валах заднего моста были установлены тензорезисторные датчики (рис. 3, б). Датчики ус-тановлены под углом 45° относительно оси вала и под углом 90° относитель-но друг друга (рис. 3, а). Тензорезисторы соединены между собой по мосто-вой схеме. Подключение аналогово-цифровых преобразователей к тензорези-сторам представлена на рисунке 3, в.

Для выполнения тарировки первичных тензометрических преобразовате-лей, установленных на валах трансмиссии, было изготовлено нагружающее устройство (рис. 4, а). Устройство состоит из колеса, закрепленного на непод-вижном вертикальном основании, к которому с помощью фланцевого соедине-

384

ния на болтах закрепляется нагружаемая крутящим моментом полуось. На дру-гом конце полуоси установлен рычаг заданной длины. Рычаг расположен в горизонтальной плоскости и на него последовательно навешиваются грузы фиксированной массы. С помощью рычага с грузами обеспечивается необхо-димый крутящий момент, который вызывает деформацию вала и изменение сопротивлений тензометрических первичных преобразователей.

С помощью стенда была выполнена предварительная тарировка тензоре-зисторов, установленных на деформируемых крутящим моментом валах. Та-рировочный график левой полуоси представлен на рис. 4, б.

а б

в

Рис. 3. Установка первичных тензометрических преобразователей на полуоси заднего моста трактора тягового класса 0.2

385

а

б

Рис. 4. Нагружающее устройство для выполнения тарировки датчиков (а); тарировочный график левой полуоси (б)

Установка тензометрической аппаратуры на измерительный стенд позво-лило провести серию экспериментальных исследований по определению ди-намической нагруженности участков валопровода силовой передачи колес-ного трактора. В результате имитации различных уровней тяговой силы на ведущих колесах ТТС было проведено исследование неравномерности на-гружения левой и правой полуосей трактора и анализ нагруженности транс-миссии при циркуляции силового потока в замкнутом силовом контуре трансмиссия – грунт, возникающем при блокировке дифференциала.

Полученные графики на некоторых эксплуатационных режимах пред-ставлены на рисунках 5, 6.

Анализ графиков показал, что при движении трактора на первой передаче с заблокированным и разблокированным положением дифференциала и рав-

386

номерном распределении тяговой силы по ведущим колесам наблюдается примерно одинаковое соотношение динамических составляющих крутящих моментов по обоим валам заднего моста. При этом коэффициент динамично-сти крутящих моментов может достигать значения 1,5, при средних значени-ях момента 150…200 Нм.

а

б

Рис. 5. Осциллограммы крутящих моментов на левой и правой полуосях при движе-нии трактора на 1-й передаче: а – при заблокированном, б – разблокированном дифферен-циале и коэффициенте асимметрии нагружения 1

387

а

б

Рис. 6. Осциллограммы крутящих моментов на левой и правой полуосях при движе-нии трактора на 1-й передаче: а – при заблокированном, б – разблокированном дифферен-циале и коэффициенте асимметрии нагружения 0,25

Иная картина наблюдается при ассиметричном распределении тяговой силы по ведущим колесам в соотношении 1/4 с коэффициентом 0,25. При заблокированном дифференциале основная часть нагрузки приходится на правую полуось трактора. Максимальное значение крутящего момента может достигать 650 Нм с коэффициентом динамичности 1,2. При этом левая полу-

388

ось является практически разгруженной. Среднее значение крутящего мо-мента левой полуоси составляет 100…150 Нм.

При разблокированном положении дифференциала, нагруженность полу-осей крутящим моментом немного выравнивается. Средний крутящий мо-мент правой полуоси составляет 350…400 Нм, а левой – 250…300 Нм. При этом коэффициент динамичности может достигать значений 1,5…1,6.

Заключение Использование разработанного стенда позволяет проводить широкий

спектр исследований нагруженности трансмиссии в условиях, наиболее при-ближенных к эксплуатационным. Полученные экспериментальные данные целесообразно применять для совершенствования и корректировки матема-тических и динамических моделей силовых передач тракторов на стадии проектирования и доводки их конструкций.


1. К расчету погрешностей тензоизмерений / В. М. Александров [и др.] // Измери-тельная техника. – 1966. – № 2.

2. Оценка погрешностей тензодатчиков и динамических элементов / Е. А. Альта-метова [и др.] // Методы и приборы тензометрии : сборник статей. – Москва, 1964. – Вып. 1.

3. Васильев, А. В. Тензометрирование и его применение в исследованиях тракто-ров / А. В. Васильев, Д. Раппопорт. – Москва : Машиностроение, 1963.

4. Вейс, Г. Передача малых электрических величин с быстровращающихся деталей на измерительное устройство. – Москва : Машиностроение, 1961.

5. Стендовое оборудование для испытания трансмиссий с замыканием силового контура кривошипными механизмами / В. В. Шеховцов, И. В. Ходес, Вл. П. Шевчук, Н. С. Соколов-Добрев, К. В. Шеховцов // Машиностроитель. – 2017. – № 5. – C. 42–48.

6. Исследование изменения КПД трансмиссии в зависимости от условий нагруже-ния / М. В. Ляшенко, Н. С. Соколов-Добрев, В. В. Шеховцов, П. В. Потапов, Е. В. Клементьев, А. А. Долотов // Энерго- и ресурсосбережение: промышленность и транспорт. – 2016. – № 4 (16). – C. 11–16.

7. Математическая модель испытательного стенда / А. С. Горобцов, М. В. Ляшен-ко, Н. С. Соколов-Добрев, В. В. Шеховцов, П. В. Потапов, Е. В. Клементьев, А. А. Долотов // Известия Московского госодарственного технического университета МАМИ. – 2016. – № 2. – C. 20–25.

8. Улучшение конструктивных параметров многофункционального диагностиче-ского стенда с целью снижения его динамической нагруженности и улучшения точно-сти измерений / В. В. Шеховцов, Н. С. Соколов-Добрев, К. О. Долгов, Е. В. Клементь-ев // Известия Волгоградского государственного технического университета. Серия «Наземные транспортные системы». – 2014. – № 3 (130). – C. 51–54.

9. Стенд для испытания трансмиссий с замыканием силового контура кривошип-ными механизмами / В. В. Шеховцов, И. В. Ходес, Вл. П. Шевчук, Н. С. Соколов-Добрев, К. В. Шеховцов // Современные наукоемкие технологии. – 2013. – № 1. – C. 41–45.

389

10. Стенд с гидравлическим замыканием силового контура для испытания сило-вых передач колесных и гусеничных машин / В. В. Шеховцов, И. В. Ходес, Вл. П. Шевчук, Н. С. Соколов-Добрев, К. В. Шеховцов // Современные наукоемкие технологии. – 2013. – № 2. – C. 55–59.

11. Стендовое оборудование для испытаний силовых передач тракторов / В. В. Шеховцов, И. В. Ходес, Вл. П. Шевчук, Н. С. Соколов-Добрев, К. В. Шеховцов, Е. В. Клементьев // Современные наукоемкие технологии. – 2013. – № 1. – C. 36–40.

12. Формирование динамических характеристик силовой передачи стенда для ис-пытания трансмиссий / В. В. Шеховцов, И. В. Ходес, Н. С. Соколов-Добрев, К. В. Шеховцов // Техника машиностроения. – 2012. – № 1. – C. 42–49.

13. Ходес, И. В. Многофункциональный стенд для диагностики АТС с приводом от собственного двигателя / И. В. Ходес, Н. С. Соколов-Добрев // Грузовик. – 2009. – № 10. – C. 40–43.

14. Ходес, И. В. Многофункциональный стенд с приводом от испытуемого АТС / И. В. Ходес, Н. С. Соколов-Добрев, Е. Е. Арчибасов // Прогресс транспортных средств и систем – 2009 : материалы международной научно-практической конференции (Волгоград, 13–15 октября 2009 г.). – В 2 частях. – Ч. 1. – C. 164–165.

390

УДК 631.3.001

А. В. Старунский, старший преподаватель П. А. Назаров, студент

Рязанский государственный агротехнологический университет имени П. А. Костычева


Повышение эффективности диагностирования технического состояния наземных

транспортно-технологических машин и комплексов и сельскохозяйственной техники в период хранения

Рассматриваются основные вопросы и предложения о форме, времени и сроках

проведения диагностирования наземных транспортно-технологических машин и ком-плексов, а также другой сельскохозяйственной техники в периоды межсезонного или длительного хранения.

Ключевые слова: техническое состояние, диагностирование, наземные транс-портно-технологические машины, сельскохозяйственная техника, хранение.

Введение

Особенностью эксплуатации наземных транспортно-технологических машин и другой мобильной сельскохозяйственной техники, работающей в полеводстве, является сезонная периодичность ее применения.

Повышение общей эффективности работы наземных транспортно-технологических машин и мобильной сельскохозяйственной техники базиру-ется на поддержании ее надежности на высоком уровне, которая должна обеспечиваться совершенством конструкции и качеством изготовления в процессе производства, доступным обеспечением нормативных запасов высококачественных материалов и запасных частей в эксплуатации при ус-ловии своевременного качественного выполнения операций диагностирова-ния, технического обслуживания и текущего ремонта [1, 2].

Переход от применяющейся нормативной регламентации выполнения ре-монтно-обслуживающих работ по наработке к назначению операций техни-ческого обслуживания в зависимости от конкретного состояния того или иного агрегата мобильной техники наилучшим образом соответствует слу-чайному характеру возникновения отказов и развития процесса изнашивания отдельных деталей и узлов агрегатов, позволяет принимать наиболее опти-мальные решения о действительном объеме и времени выполняемых опера-ций диагностирования, технического обслуживания и ремонта [3, 4].

© Старунский А. В., Назаров П. А., 2021

391

Обзор литературы по теме Обзор литературных источников по рассматриваемой теме показывает,

что вопросам технологии и установлению временных интервалов выполне-ния технических обслуживаний уделено значительное внимание [5, 6]. Ос-новные трудности решения поставленных задач заключаются в многообразии динамически возникающих факторов в области производственного, техниче-ского эксплуатационного и экономического спектра применения мобильных энергетических и транспортных средств [7, 8].

Особую актуальность приобретает данная тема для современных и пер-спективных высокопроизводительных наземных транспортно-технологиче-ских машин и мобильной сельскохозяйственной техники в разрезе оснащения ее бортовыми средствами диагностирования, встроенными в общий инфор-мативный комплекс [9, 10].

При этом оказывается, что большую часть времени эта техника простаи-вает на сохранении. Учитывая, что в процессе совершенствования эта техни-ка непрерывно усложняется и дорожает, можно сказать, что она все в боль-шей степени становится чувствительной к внешним воздействиям, и их ре-зультат оказывается все более дорогим.

Влияние внешних воздействий на сохранность техники Внешние воздействия имеют место как в период использования машины,

так и во время нахождения ее на сохранении. Учитывая, что периоды сохра-нения оказываются по продолжительности значительно большими, чем пе-риоды использования машин и что эти периоды приходятся в основном на неблагоприятные метеорологические условия, естественно, что при неудач-ных условиях хранения, техника за период хранения может претерпеть зна-чительные изменения, уменьшающие ее ресурс и ухудшающие состояние.

Обеспечению сохранности техники уделяется много внимания [11]. Об-ращается внимание на постановку техники на сохранение, на подготовку ма-шины к этому периоду. При этом техника очищается, смазывается, покрыва-ется защитными покрытиями, с нее снимается ряд узлов и т. д. Далее осуще-ствляется установка и укрытие, зависящее от того, где производится хранение – на открытой площадке, под навесом или в закрытом помещении. На этом, как правило, все заканчивается до времени ремонта, если таковой предусмотрен, или до введения техники в работу перед сезоном ее использо-вания. Во время нахождения техники на сохранении, несмотря на меняющие-ся времена года, ею не занимаются.

Как показали многочисленные наблюдения, именно за этот период, не-смотря на хорошую к нему подготовку, порою наступают настолько сильные изменения, что даже новая машина приобретает состояние, требующее ее ремонта или вызывающее поломки непосредственно после начала работы [12, 13].

392

К причинам, вызывающим такие изменения, могут быть отнесены: возни-кающие деформации, возникающие усталостные трещины, ухудшения меха-нических свойств материала, разрывы и трещины от замерзания попадающей воды или образующегося конденсата, последствия действия химически или биологически активных веществ, остатки которых оказались неудаленными из машины перед постановкой на хранение, отставание или сползание за-щитных покрытий, коррозия и др.

Все эти явления, учитывая возросшую стоимость машин, оказывают су-щественное влияние на их эксплуатационные показатели.

Диагностирование и прогнозирование в период хранения Учитывая сказанное, строящееся на анализе результатов изменений тех-

ники после прохождения периодов ее сохранения, возникает гипотеза о включении в комплекс мероприятий, проводимых в период хранения, опе-рации диагностирования. Если принять эту гипотезу за рабочую, то возника-ют следующие основные вопросы об объектах, средствах, методах и сроках диагностирования.

Ответы на эти вопросы будут зависеть от принятого способа хранения, от применяемых средств и методов диагностирования и прогнозирования и от того, на каких условиях эксплуатируется находящаяся на сохранении техника.

Анализ возникающих изменений в машинах при хранении, показывает, что в первую очередь надо определять состояние условий, от которых в ос-новном зависит качество хранения, а именно: в помещениях – их состояние, наличие сквозняков, перепадов температур, проникновение влаги, влажность и загазованность помещения.

При хранении под навесами – защищенность хранящейся техники от внешних воздействий (ветров и осадков).

При хранении на открытых площадках – состояние защитных чехлов и их эффективность, действенность заглушек и др.

Понятие «диагностирование» в применении к этим объектам несколько условно, оно имеет решающее для машины значение, особенно если его про-водить на фоне ситуации с соблюдением требований пожароопасности и за-грязнения окружающей место хранения среды [14]. На фоне оценки этих по-казателей, прогноза их изменения целесообразно осуществлять диагностиро-вание самих хранящихся машин.

Вполне понятно, что как и при диагностировании во время работы наибо-лее общую информацию дает внешний осмотр, показывающий состояние укрытий и позволяющий прогнозировать их изменение.

У сложных машин, как показали результаты исследований, в отдельных случаях целесообразны общие замеры и действия, позволяющие выявить возникающие перекосы и прогибы, целесообразны проворачивания (вручную или другим способом, включая внешний привод) отдельных механизмов.

393

Изменения, выявленные при осмотре и контроле, фиксируются в учетной карточке машины.

На основе такого простого «диагностического» (условно) подхода, позво-ляющего готовить персонал к более сложному и глубокому приборному ди-агностированию изменения со стояния машины во время хранения, можно управлять показателями ее сохранности.

Диагностирование техники с применением специализированного обору-дования и приборов (во время хранения) позволяет определить наличие про-цесса коррозии и его интенсивность, наличие процесса роста деформаций, процессов изменения в структуре неметаллических материалов и др.

В зависимости от полученных результатов может быть проведено более глубокое, уточняющее, диагностирование.

Исследование вопроса о сроке и интервале диагностирования показало це-лесообразность начального диагностирования при постановке машины на со-хранение. Это диагностирование позволяет устранить исходные дефекты. По-следующие диагностирования зависят от машины, условий хранения и проис-ходящих внешних воздействий и их изменений: после неблагоприятных внешних атмосферных факторов в виде резких перепадов температур и др.

При нормальных условиях хранения в нечерноземной зоне контроль ока-зывается целесообразным с периодичностью 1…2 месяца.

Аналитическая обработка эффективности результатов проведения опытов показывает: что не может быть исправлено непосредственно по результатам диагностирования, группируется и устраняется по мере накопления опреде-ленных объемов работ. Последнее диагностирование должно быть проведено до окончания хранения за срок, необходимый для устранения выявленных неисправностей и к моменту необходимости ввода машины в работу.

При хранении машины у механизатора, взявшего ее в аренду, диагности-ческое обследование имеет особое значение и может быть при необходимо-сти учащено. Особое внимание при этом приобретает выявление проведения рекомендовавшихся ранее операций улучшения хранения машин.

Выводы и рекомендации Проведенные исследования, как лабораторные, так и эксплуатационные,

показали следующее. 1. В период нахождения наземных транспортно-технологических машин

и сельскохозяйственной техники на длительном хранении целесообразен контроль прохождения этого периода по изменению условий и технического состояния.

2. Уровень контроля должен зависеть от сложности, конструкции и стои-мости машины и может быть доведен до диагностирования и прогнозирова-ния состояния машины и его изменения.

3. Включение диагностирования технического состояния машины и за-щитных устройств с соответствующими вытекающими из него технико-

394

организационными воздействиями способен увеличить ресурс машины на 50…70 %.


1. Перспективные методы диагностирования систем мобильной техники в сель-ском хозяйстве / В. В. Акимов, В. В. Фокин, Р. В. Безносюк [и др.] // Международный научный журнал. – 2017. – № 2. – С. 100–105.

2. Повышение надежности технических систем в сельском хозяйстве на основе оценки качества технического обслуживания, ремонта и диагностирования / Г. К. Рембалович, В. В. Акимов, А. О. Большаков, А. В. Старунский // Принципы и технологии экологизации производства в сельском, лесном и рыбном хозяйстве : материалы 68-й Международной научно-практической конференции (Рязань, 26–27 апреля 2017 г.). – Рязань : Издательство Рязанского государственного агротехнологи-ческого университета имени П. А. Костычева, 2017. – Часть 2. – С. 261–265.

3. Пути повышения агротехнических показателей работы картофелеуборочных машин / Старунский А. В., Лапин Д. А., Акимов В. В., Тян Д. В. // Современные тен-денции развития науки и технологий. – 2017. – № 1-2. – С. 34–37.

4. Старунский, А. В. Повышение эффективности работы моечных установок для очистки сельскохозяйственных машин // Фундаментальные исследования основных направлений технических и физико-математических наук : материалы международ-ной научно-практической конференции. – Уфа : Издательство ООО «Агентство меж-дународных исследований», 2017. – С. 111–113.

5. Панин, М. А. Хранение сельскохозяйственных машин / М. А. Панин, А. В. Ста-рунский // Молодежь и системная модернизация : сборник научных статей 3-й Меж-дународной научно-практической конференции студентов и молодых ученых (Курск, 22–23 мая 2018 г.). – Курск : Университетская книга, 2018. – Том 4. – С. 227–229.

6. Повышение эффективности технического обслуживания и контроля остаточно-го ресурса фильтрующих элементов агрегатов автотракторной техники / А. В. Старун-ский, М. Ю. Костенко, Г.К. Рембалович, И. В. Исаев // Грузовик. – 2020. – № 3. – С. 3–6.

7. Диагностирование фильтрующих элементов по диэлектрической проницаемо-сти / А. В. Старунский, М. Ю. Костенко, Р. В. Безносюк [и др.] // Сельский механиза-тор. – 2018. – № 2. – С. 40–41.

8. Диагностирование состояния гидросистем и агрегатов автотракторной техники средствами мобильной диагностики / А. В. Старунский, Г. К. Рембалович, М. Ю. Кос-тенко, И. В. Исаев // Приоритетные направления научно-технологического развития агропромышленного комплекса России : материалы национальной научно-практической конференции (Рязань, 22 ноября 2018 г.). – Рязань : Издательство РГАТУ, 2019. Часть 1. С. 387-392.

9. Исследование параметров моторного масла мобильной энергетической и транс-портной техники / А. В. Старунский, Г. К. Рембалович, М. Ю. Костенко, И. В. Исаев // Современные вызовы для АПК и инновационные пути их решения : материалы 71-й Международной научно-практической конференции (Рязань, 15 апреля 2020 г.). – Рязань : Издательство Рязанского государственного агротехнологического универси-тета имени П. А. Костычева, 2020. – Часть II. – С. 203–206.

10. Инженерные решения по применению мобильных средств контроля и диагно-стирования параметров масел и фильтрующих элементов агрегатов автотракторной техники / А. В. Старунский, Г. К. Рембалович, М. Ю. Костенко, И. В. Исаев // Тенден-

395

ции инженерно-технологического развития агропромышленного комплекса : материа-лы национальной научно-практической конференции (Рязань, 21 марта 2019 г.). – Рязань : Издательство Рязанского государственного агротехнологического универси-тета имени П. А. Костычева, 2019. – С. 90–94.

11. Старунский, А. В. Технологические основы совершенствования системы диаг-ностирования элементов гидросистем и агрегатов мобильной энергетической техники / А. В. Старунский, Г. К. Рембалович, М. Ю. Костенко // Технологические новации как фактор устойчивого и эффективного развития современного агропромышленного комплекса : материалы национальной научно-практической конференции (Рязань, 20 ноября 2020 г.). – Рязань : Издательство Рязанского государственного агротехноло-гического университета имени П. А. Костычева, 2020. – Часть II. – С. 233–237.

12. Старунский, А. В. Устройство для функционального диагностирования и ме-тодика определения остаточного ресурса фильтрующих элементов мобильных энерге-тических и транспортных средств / А. В. Старунский, М. Ю. Костенко, Г. К. Рембало-вич // Совершенствование системы подготовки и дополнительного профессионально-го образования кадров для агропромышленного комплекса : материалы национальной научно-практической конференции (Рязань, 14 декабря 2017 г.). – Рязань : Издатель-ство Рязанского государственного агротехнологического университета имени П. А. Костычева, 2017. – Часть 2. – С. 169–174.

13. Метод и средства повышения эффективности контроля и диагностирования параметров моторного масла мобильной энергетической и транспортной техники / А. В. Старунский, Г. К. Рембалович, М. Ю. Костенко, И. В. Исаев // Научно-инновационные технологии как фактор устойчивого развития отечественного агро-промышленного комплекса : материалы национальной научно-практической конфе-ренции (Рязань, 12 декабря 2019 г.). – Рязань : Издательство Рязанского государствен-ного агротехнологического университета имени П. А. Костычева, 2019. – Часть III. – С. 227–230.

14. Шашкина, Д. А. К вопросу воздействия сельскохозяйственного транспорта на экологию / Д. А. Шашкина, А. В. Старунский // Научно-практические аспекты инно-вационного развития транспортных систем и инженерных сооружений : материалы международной студенческой научно-практической конференции (Рязань, 20 февраля 2020 г.). – Рязань : Издательство Рязанского государственного агротехнологического университета имени П. А. Костычева, 2020. – С. 81–86.

396

УДК 656.135

Е. В. Ступин, магистрант В. Ф. Карев, кандидат экономических наук, доцент


Влияние пассивной безопасности дорожной инфраструктуры

на снижение тяжести последствий дорожно-транспортных происшествий

Рассмотрены современные подходы по повышению пассивной безопасности ав-

томобильных дорог. Приводятся решения ряда стран, снижающие последствия ДТП на различных категориях дорог. Реализация предлагаемой методики повысит безо-пасность дорожного движения в нашей стране.

Ключевые слова: опорная конструкция, пассивная безопасность, неуправляемое транспортное средство, тяжесть последствий, энергопоглощающая конструкция

Введение

Средства пассивной безопасности дорог являются дополнительной мерой снижения тяжести последствий дорожно-транспортных происшествий (ДТП). К средствам пассивной безопасности дорог относят различные ограждения автомобильной дороги – откосы, кустарники, аварийные тупики, а также не-сущие конструкции для оснащения дорог (световые опоры), то есть все те элементы, которые способные поглощать кинетическую энергию неуправ-ляемого транспортного средства (ТС) [1]. В свою очередь, системы пассив-ной безопасности дорог относятся к современным технологиям в деятельно-сти по обеспечению безопасности дорожного движения, что предусмотрено в качестве одного из приоритетных принципов Стратегии безопасности до-рожного движения на 2018–2024 годы.

Российские и зарубежные стандарты пассивной безопасности опорных конструкций

Анализ российских стандартов, регламентирующих устройство техниче-ских средств организации дорожного движения, среди которых дорожные ограждения и направляющие устройства, показал, что понятие «пассивная безопасность дороги» не имеет законодательного закрепления. Это связано с отсутствием комплексных исследований и испытаний элементов пассивной безопасности в нашей стране. При этом существует зарубежный стандарт EN 12767–2007 «Пассивная безопасность опорных конструкций для дорож-ной техники. Требования, классификация и методы испытаний» [2], далее

© Ступин Е. В., Карев В. Ф., 2021

397

именуемый Стандарт. Этот Стандарт определяет процедуры испытаний ха-рактеристик для определения свойств пассивной безопасности опорных кон-струкций, таких как осветительные колонны, указательные столбы, сигналь-ные опоры, структурные элементы, фундаменты, съемные изделия и любые другие компоненты, используемые при оборудовании автомобильных дорог. Это основной документ испытаний на удар ТС элементов опорных конструк-ций дорожного оборудования. Стандарт не относится к дорожным удержи-вающим системам.

В статье представлен обзор решений ряда стран (США, Норвегия, Шве-ция, Финляндия, Великобритания, Словакия) по использованию опорных конструкций, минимизирующих влияние столкновения с ними транспортных средств.

В соответствии с EN 12767–2007 колонны дорожного освещения, а также опорные конструкции для вертикальной дорожной разметки и устройства безопасности движения должны быть сконструированы таким образом, что-бы они не создавали помех и угроз участникам дорожного движения в случае ДТП. В Стандарте выделяются три категории пассивной безопасности опор-ных конструкций в зависимости от уровня энергии, поглощаемой ими при ударе ТС [2]:

– конструкция с высоким энергопоглощением (HE); – конструкция с низким энергопоглощением (LE); – конструкция без энергопоглощения (NE). Также в Стандарте упоминаются конструкции класса 0, к которым не ука-

заны требования по их испытанию. В таблице 1 представлена конечная скорость ТС для каждой из трех кате-

горий опор вследствие энергопоглощающия конструкцией на скорости 50, 70 и 100 км/ч.

Таблица 1. Конечная скорость ТС для различных категорий энергопоглощения

Категории конструкции по степени поглощения энергии

Скорость при ударе vi, км/ч 50 70 100

Конечная скорость ve, км/ч HE ve = 0 0 ≤ ve ≤ 5 0 ≤ ve ≤ 50 LE 0 ≤ ve ≤ 5 5 ≤ ve ≤ 30 50 ≤ ve ≤ 70 NE 0 ≤ ve ≤ 50 30 ≤ ve ≤ 70 70 ≤ ve ≤ 100

Опорные конструкции категории «HE» замедляют автомобиль больше

всего, но при этом вызывают наибольший ущерб транспортного средства (ТС), что приводит и к более тяжелым последствиям для пассажиров вслед-ствие удара.

Конструкции категорий «NE», «LE» меньше замедляют ТС и снижают риск сильного удара пассажиров внутри них, но при этом возникает риск

398

вторичного столкновения с деревьями, пешеходами и(или) другими участни-ками дорожного движения, что особенно характерно при высоких скоростях.

В таблице 2 указаны риски воздействия удара по двум признакам: индекс тяжести травм (ASI) и теоретическое воздействие ударного ускорения на го-лову во время столкновения THIV (теоретическая скорость удара головой).

Таблица 2. Риск воздействия на пассажиров ТС

Категории конструкции по степени поглощения энергии

Уровень безопасностипассажиров

ТС

Нормативные испытания на удар при скорости 35 км/ч

Испытание при скорости (50, 70 и 100 км/ч) на удар

ASI THIV, км/ч ASI THIV, км/ч

HE 1

1,0 27

1,4 44 2 1,2 33 3 1,0 27

LE 1 1,4 44 2 1,2 33 3 1,0 27

NE

1 1,2 33 2 1,0 27 3 0,6 11 0,6 11

4 нет требований

нет требований

нет требований 3

В частности, уровни риска 1, 2, 3 для пассажиров ТС относятся к опорным

конструкциям, которые повышают безопасность их за счет уменьшения по-следствий удара. Уровень 4 относится к очень безопасным опорным конст-рукциям. Величина ASI характеризует степень тяжести аварии водителя и пассажира при наезде ТС на препятствие. Теоретическая скорость головы при ударе (THIV) – это скорость, км/ч, при которой условная «точка массы» пассажира (голова) способная свободно перемещаться в ТС, ударяясь о по-верхность внутри ТС, предполагая, что голова остается в контакте с этой по-верхностью в течение остальной части периода столкновения. Следователь-но, она подвергается тому же ускорению, что и ТС.

Во многих европейских странах постоянно ведется работа по использова-нию пассивно безопасных дорожных знаков, световых столбов и светофоров для снижения риска травм в случае столкновения ТС с такими объектами. Даются рекомендации по выбору подходящих типов опорных конструкций в соответствии с требованиями EN 12767–2007, а также дополнительные ре-комендации для проектировщиков и организаций, участвующих в обслужи-вании дорог. Разрабатываются общие руководящие принципы для проекти-ровщиков и организаций, занимающихся обслуживанием дорог в США, Нор-вегии, Швеции, Финляндии, Словакии, Великобритании [3]. В США считается, что на дорогах с ограничением скорости до 40 км/ч ТС обеспечи-

399

вают достаточную безопасность находящихся внутри людей даже в случае столкновения с жесткой стойкой или колонной. Остановить движущийся ав-томобиль будет менее опасно, чем выбросить его на тротуар, велосипедную дорожку или в здание.

В Норвегии рекомендуется осветительные колонны, знаки и конструкции светофоров и другие несущие конструкции высотой менее 6 м в категории энергопоглощения «HE» и «LE»:

a) использовать там, где особенно важно снизить скорость и остановите ТС контролируемым образом, поскольку существует риск столкновения с опасными препятствиями, такими как мосты, каменные стены и др.;

б) в населенных пунктах и ругих местах, где много пешеходов и/или ве-лосипедистов, которые могут быть травмированы неконтролируемым ТС;

с) на полосах, разделяющих проезжие части, так, чтобы опорная конст-рукция не мешала встречным ТС;

д) на участках между дорогой и оживленной велосипедной дорожкой или пешеходной дорожкой, где ограничение скорости превышает 60 км/ч.

В Финляндии рекомендуется на дорогах, где ограничение скорости пре-вышает 80 км/ч, использовать пассивно безопасные опорные конструкции следующих классов «HE» – 100:3, «LE» – 100:3 и «NE» – 100:2-3 (табл. 2). Однако на дорогах с ограничением скорости до 80 км/ч можно использовать конструкции класса «HE» – 70:3, «LE» – 70:3 и «NE» – 70:2-3. Также реко-мендуется использовать конструкции класса «HE» или «LE», если опорная конструкция расположена между дорогой и пешеходной и(или) велосипед-ной дорожкой.

Шведское управление шоссейных дорог считает дорожное оборудование пассивно безопасным, если оно соответствует критериям, необходимым для достижения уровня безопасности пассажиров ТС для выбранного класса ско-рости согласно «EN» 12767–2007. Дорожное оборудование считается без-вредным с точки зрения безопасности дорожного движения при соблюдении критериев уровня безопасности пассажиров для класса скорости 50 (табл. 1). Эти требования пассивной безопасности применяются в основном к несущим конструкциям, например, осветительным колоннам.

Опорные конструкции, отвечающие требованиям класса скорости 100 км/ч. (табл. 1), могут использоваться на всех типах дорог, тогда как кон-струкции, соответствующие требованиям класса скорости 70 км/ч, могут ис-пользоваться на дорогах с ограничением скорости до 70 км/ч. Опорные кон-струкции, отвечающие требованиям для класса скорости 50 км/ч, не должны использоваться в местах движения ТС с большой скоростью в связи с увели-чением риска возникновения тяжелых последствий для пассажиров ТС при столкновении с таким препятствием. Следует также отметить, что при выбо-ре типа опорных конструкций уделяется внимание требуемой периодичности обслуживания, например, вдоль автомагистралей следует выбирать конст-рукции с низкой расчетной периодичностью обслуживания, поскольку слу-

400

жебный транспорт, находящийся на проезжей части, увеличивает риск воз-никновения ДТП.

Согласно британским рекомендациям, опорные конструкции, отвечающие требованиям класса скорости 50 км/ч, не устанавливаются, а отдельные типы дорог отнесены к классам скорости 70 и 100 км/ч соответственно. Данные рекомендации записаны в виде Национального приложения к BS EN12767–2007 (табл. 3).

Таблица 3. Рекомендуемые классы скорости согласно BS EN 12767–2007

Тип дороги Класс скорости, км/ч Скоростные дороги и автомагистрали с ограничением скорости

более 65 км/ч 100

Дороги в населенных пунктах и другие дороги с ограничением скорости менее 65 км/ч 70

В результате проектировщики и организации, участвующие в обслужива-

нии дорог, должны проводить оценку рисков для определения соответст-вующей категории конструкции по степени поглощения энергии для данного типа дороги и расположения осветительных колонн, дорожных знаков и све-тофоров. Эти рекомендации приведены в таблице 4, где тип структуры под-держки был связан с классом скорости, категорией поглощения энергии и уровень безопасности пассажиров.

В Словакии с декабря 2013 г. действуют технические условия TP 074 «Пассивная безопасность опорных конструкций дорожной техники» [4]. Ус-ловия определяют требования к выбору соответствующих типов опорных конструкций дорожных знаков или других устройств, размещаемых на доро-гах, для определения уровней пассивной безопасности для конкретных мест, в которых эти конструкции устанавливаются. Рекомендуемые средства пас-сивной безопасности в зависимости от ограничения максимальной скорости на дорогах приведены в таблице 5.

Следует подчеркнуть, что опорные конструкции застроенных территорий категории «HE» (табл. 5) спроектированы с высокой степенью поглощения энергии. Эти конструкции существенно ограничивают скорость движения ТС или останавливают небольшой автомобиль после удара, при этом такие опорные конструкции не разрушаются. Это способствует безопасности пе-шеходов и велосипедистов в отношении вторичного воздействия столкнове-ний ТС. Несущие конструкции, не соответствующие ни одному классу тре-бований, отнесены к классу 0. Перед такой постройкой устанавливаются за-щитные барьеры за исключением участков дороги, на которых максимальная скорость (постоянно) составляет 60 км/ч или ниже. Этот принцип не исклю-чает проектирования несущих конструкций с элементами пассивной безопас-ности на этих участках дороги.

Таблица 4. Рекомендации по использованию опорных элементов пассивной безопасности согласно BS EN 12767-2007 согласно BS EN 12767–2007

Тип дороги Место установки Опоры освещения Опоры для

дорожных знаков и светофоров

Вспомогательные элементы

обеспечения безопасности

Скоростные дороги и автомагистрали с ограничением скорости более 65 км/ч

В основном, в вертикальном габарите автомагистралей, скоростных дорог и дорог с неразделенными полосами движения

100 NE 1–3 100 NE 1–3 100 NE 4

Места с большим количеством пешеходов/велосипедистов

100 LE 1–3 или

100 НЕ 1–3 100 LE 1–3 100 NE 4

Места с высоким риском падения опорныхконструкций и оборудования на дорогу

100 LE 1–3 или

100 НЕ 1–3 100 LE 1–3

100 NE 4 или

70 NE 4 Дороги в населенных

пунктах и другие дороги с ограничением скорости менее 65 км/ч

Остальные места 70 LE 1–3

или 70 НЕ 1–3

70 LE 1–3 100 NE 4

или 70 NE 4

Таблица 5. Рекомендации по использованию опорных элементов пассивной безопасности согласно техническим условиям TP 074

Тип дороги Место установки Опоры освещения Опоры для

дорожных знаков и светофоров

Вспомогательные элементы

обеспечения безопасности

Скоростные дороги и автомагистрали с ограничением скорости более 70 км/ч

В основном, в вертикальном габарите автомагистралей, скоростных дорог и дорог с неразделенными полосами движения

100 NE 1–3 100 NE 1–3 100 NE 4

Места с большим количеством пешеходов/велосипедистов 100 НЕ 1–3

а) 100 НE 1–3 б) 100 LE 1–3 в) 100 NE 1–3

100 NE 4

Места с высоким риском падения опорных конструкций и оборудования на дорогу

100 LE 1–3 или

100 НЕ 1–3

а) 100 НE 1–3 б) 100 LE 1–3 в) 100 NE 1–3

а) 100 NE 4 б) 70 NE 4

Дороги в населенных пунктах и другие дороги с ограничением скорости менее 70 км/ч

Остальные места

а) 70 НE 1–3 б) 100 НE 1–3 в) 70 LE 1–3 г) 100 LE 1–3

а) 70 НE 1–3 б) 100 НE 1–3 в) 70 LE 1–3 г) 100 LE 1–3 д) 70 NE 1–3 е) 100 NE 1–3

а) 100 NE 4 б) 70 NE 4

403

Заключение Таким образом, представленный в статье обзор решений, принятых не-

сколькими странами, в частности США, Норвегией, Швецией, Финляндией, Великобританией и Словакией, в области использования несущих конструк-ций, минимизирующих влияние столкновения, показывает, что этот вопрос решается по-разному, чтобы уменьшить потери материальных и людских ресурсов. Дело в том, что скорость ТС является ключевым фактором, влияющим на вероятность ДТП и масштаб их последствий. Согласно стати-стическим данным ГИБДД более 50 % водителей превышают ограничения скорости, а наихудшая ситуация наблюдается на загородных трассах, где бо-лее 85 % водителей превышают эти ограничения. Также известно, что наибо-лее распространенными типами несчастных случаев со смертельным исходом в результате превышения скорости являются: наезд на дерево или колонну (43 %), лобовое столкновение (18 %), переворот автомобиля (11%) [5].

В настоящее время в России правовые нормы и стандарты не определяют правила использования безопасных пассивных несущих конструкций, распо-ложенных в полосах движения. Соответственно, уже эксплуатируемые и вы-пускаемые опорные конструкции не проходят проверку на соответствие тем или иным дорожным условиям, в чем кроется резерв повышения уровня безопасности дорожного движения.

Библиографическое описание 1. Васильев, А. П. Эксплуатация автомобильных дорог и организация дорожного

движения / А. П. Васильев, В. М. Сиденко. – Москва : Транспорт, 1990. –304 с. 2. EN 12767:2007 Passive safety of supporting structures for road equipment. Require-

ments and test methods. 3. Williams G.L., Kennedy J.V., Carroll J.A., Beesley R. Published Project Report

PPR342: The use of passively safe signposts and lighting columns, Transport Research La-boratory, Wokingham, Berkshire, Great Britain 26.02.2009 r.

4. Technical conditions TP 074 Passive safety of support structures for road furnishings, Ministry of Transport, Construction and Regional Development of the Slovak Republic, Department of Road Transport and Roads, Bratislava, 15/12/2013

5. Официальный сайт ГИБДД МВД России. – URL : http://www.gibdd.ru/ (дата об-ращения: 15.03.2021). – Текст : электронный.

404

УДК 621.8

В. Н. Сызранцев, доктор технических наук, профессор С. Ю. Лебедев, аспирант

Тюменский индустриальный университет [email protected], [email protected]

Совершенствование методики расчета

безотказной работы зубчатых цилиндрических передач по сопротивлению глубинным контактным напряжениям

Рассматриваются методики расчета безотказной работы зубчатых цилиндри-

ческих передач по различным критериям долговечности. Предложено для совершен-ствования методики расчета безотказной работы по сопротивлению глубинным контактным напряжениям применить методы непараметрической статистики.

Ключевые слова: глубинная контактная прочность, зубчатые цилиндрические передачи, вероятность безотказной работы.

Введение

Долговечность зубчатых передач позволяет сохранять работоспособность передач на заданный срок службы. Основными критериями долговечности зубчатых колес являются: изгибная прочность зубьев, контактная прочность активных поверхностей зубьев и глубинная контактная прочность. Для оцен-ки надежности по одному из критериев в расчетах используется вероятность безотказной работы.

Вероятность безотказной работы – это вероятность того, что в пределах заданной наработки отказ не возникнет. Внезапные отказы определяются случайными неблагоприятными сочетаниями нескольких факторов. Случай-ность связана с тем, что причины события остаются скрытыми. Существен-ное рассеяние имеют действующие нагрузки, механические характеристики материалов и деталей, зазоры и натяги [2].

Расчет вероятности параметров В расчетах надежности многие параметры рассматриваются как случай-

ные величины, т. е. такие, которые могут принять то или иное значение, не-известное заранее. Они могут быть непрерывного или прерывного (дискрет-ного) типа.

Для каждого числа x в диапазоне изменения случайной величины X суще-ствует определенная вероятность, что X не превосходит x. Эта зависимость (1) называется функцией распределения или функцией вероятности случай-ной величины X:

© Сызранцев В. Н., Лебедев С. Ю., 2021

405

. (1)

Для расчета вероятности безотказной работы цилиндрических зубчатых передач по сопротивлению контактной усталости функция распределения примет вид , (2)

где – контактное напряжение, возникающее в зацеплении зубьев, МПа; – предел контактной выносливости зубчатой передачи, МПа. Для расчета контактных напряжений в полюсе зацепления зубчатых

цилиндрических передач используют формулу

6,13 · 10 , (3)

где – коэффициент, учитывающий форму сопряженных поверхностей; – межосевое расстояние, мм; – крутящий момент на шестерне, Н·м; – ширина зубчатого венца колеса, мм; – передаточное отношение; –

коэффициент нагрузки. Коэффициент нагрузки рассчитывается по формуле

, (4)

где – коэффициент внешней нагрузки; – коэффициент, учитывающий распределение нагрузки по ширине зубчатого венца; – коэффициент, учитывающий динамическую нагрузку, возникающую в зацеплении при ра-боте передачи; – коэффициент, учитывающий распределение нагрузки между зубьями.

Для определения величины значения параметров , , являются точными, а коэффициенты , , , и крутящий момент – случай-ными [1, 2].

При расчете безотказной работы предел контактной выносливости зубча-той передачи рассматривается как случайная величина, характеризуемая средним значением: ∏ , (5)

где – среднее значение длительного предела выносливости, полученное в ходе усталостных испытаний серии базовых образцов, МПа; – коэффи-циент долговечности; ∏ – произведение l коэффициентов, учитываю-щих влияние смазки, размер зубчатого колеса, шероховатость сопряженных поверхностей зубьев, окружную скорость.

В формуле (5) случайной величиной является предел выносливости , закон распределения которой определяется экспериментальными данными (при отсутствии экспериментальных данных задается нормальный закон рас-пределения).

406

При определении вероятности безотказной работы зубчатой цилиндриче-ской передачи по сопротивлению усталости при изгибе зубьев рассчитывают величину напряжений, возникающих на переходной поверхности зубьев по формуле , (6)

где – коэффициент нагрузки; – делительный диаметр шестерни, мм; – модуль передачи, мм; – коэффициент, учитывающий форму зуба; –

коэффициент, учитывающий наклон зуба. Коэффициент нагрузки определяется выражением

, (7)

где – коэффициент, учитывающий распределение нагрузки по ширине зубчатого венца; – коэффициент, учитывающий динамическую нагрузку, возникающую в зацеплении при работе передачи; – коэффициент, учи-тывающий распределение нагрузки между зубьями.

Параметры и в формуле (6) являются случайными величинами и при использовании стандартных методик расчета [1, 2] задаются нормальным законом распределения.

Предел выносливости зубчатого колеса при изгибе, как и в формуле (5), определяется средним значением:

∏ , (8)

где – среднее значение предела выносливости на изгиб, полученное в ходе усталостных испытаний серии базовых образцов, МПа; – коэффи-циент долговечности; ∏ – произведение l коэффициентов, учитываю-щих влияние смазки, размер зубчатого колеса, шероховатость сопряженных поверхностей зубьев, окружную скорость.

Среднее значение предела выносливости на изгиб является стати-стической характеристикой, зависящий от закона распределения случайной величины , определяемого экспериментальными данными.

Определение глубинной контактной прочности зубьев выполняют для ко-лес, зубья которых подвергнуты поверхностному упрочнению (цементация, азотирование, поверхностная закалка и т.д.), так как действием глубинных напряжений могут возникать усталостные трещины под упрочненным слоем, которые приводят к отслаиванию поверхностных слоёв зубьев [1].

Для расчета вероятности безотказной работы цилиндрических зубчатых передач по сопротивлению глубинным контактным напряжениям функция распределения примет вид

τ τ , (9)

407

где τ – эквивалентные касательные напряжения по глубине упрочненного слоя, МПа; τ – предел контактной выносливости и микротвердости по глу-бине упрочненного слоя, МПа.

Расчет эквивалентных касательных напряжений можно осуществить по зависимости, уточненной в работе [3]:

, ,

, (10)

где – толщина упрочненного слоя, мм; – полуширина площадки контак-та, мм.

Полуширина площадки контакта рассчитывается по формуле, полученной на основе формулы Герца:

1,522 · , (11)

где ω – наибольшая удельная расчетная окружная сила в полюсе зацепле-ния, Н/мм; – модуль упругости материала (для стальных колес 2,1 ·10 МПа); – делительный диаметр колеса, мм; α – угол зацепления, град; β – угол наклона зубьев, град.

Наибольшая удельная расчетная окружная сила в полюсе зацепления ω представляет собой следующую зависимость:

ω 2000 / . (12)

Для расчета предела контактной выносливости по глубине упрочненного слоя можно определить по зависимости [3]

3,1 22 , (13)

где – твердость упрочненного слоя на эффективной глубине δ ; – ко-эффициент долговечности материала; – коэффициент запаса прочности при расчете на глубинную контактную выносливость, принимаемый равным коэффициенту запаса прочности на поверхностную контактную выносли-вость.

Заключение и выводы Представленные выше методы расчета безотказной работы передач дают

довольно условные результаты, так как в них закладываются условия о нор-мальном распределении случайных величин и не учитывается фактические функции плотности распределения.

В работах [3, 4] предложен подход к обработке случайных величин, осно-ванный на методах непараметрической статистики, которые изначально предполагают, что вид распределения случайной величины либо неизвестен,

408

либо может быть определен приближенно. Используя данных подход, в рабо-те [3] были разработаны методики расчета вероятности безотказной работы цилиндрических передач по критерию сопротивления контактной усталости и изгибной выносливости.

На рисунке представлены функция плотности распределения для выборки случайной величины на основе полученных выборок коэффициентов

· · и крутящего момента и функция плотности распределения предела выносливости .

Функции плотности распределения:

1 – выборка случайной величины σ ; 2 – выборка случайной величины σ

В результате решения задачи (2) значение вероятности безотказной рабо-ты по сопротивлению контактной усталости при тяжелом режиме работы составило 97,8 %.

Однако в работе [3] методы непараметрической статистики не были рас-пространены на оценку надежности зубчатых передач по критерию глубин-ной контактной прочности, что натолкнуло авторов на новое направление в исследовании надежности цилиндрических зубчатых передач. Цель иссле-дования – усовершенствовать методику оценки долговечности зубчатых ци-линдрических передач по сопротивлению глубинным контактным напряже-ниям, учитывая реальные законы распределения случайных внешних экс-плуатационных нагрузок, действующих и допускаемых напряжений.

Исходя из предложенной цели исследования, были сформулированы сле-дующие задачи:

1. Разработать методику расчета безотказной работы цилиндрических пе-редач по сопротивлению глубинным контактным напряжениям, внедрив ме-тоды непараметрической статистики.

2. Оценить безотказность работы по изгибной прочности зубьев, контакт-ной прочности активных поверхностей зубьев и глубинной контактной проч-

409

ности, рассчитанных на основе методов непараметрической статистики, и выявить критерий, определяющий долговечность зубчатой передачи.


1. Зубчатые передачи : справочник / Е. Г. Гинзбург, Н. Ф. Голованов, Н. Б. Фирун [и др.] ; под общ. ред. Е. Г. Гинзбурга. – 2-е изд., перераб. и доп. – Ленинград : Маши-ностроение. Ленинградское отделение, 1980. –416 с.

2. Решетов, Д. Н.. Надежность машин / Д. Н. Решетов, А. С. Иванов, В. З. Фадеев. – Москва : Высшая школа, 1988. – 238 с.

3. Сызранцев, В. Н. Расчет прочностной надежности изделий на основе методов непараметрической статистики / В. Н. Сызранцев, Я. П. Невелев, С. Л. Голофаст. – Новосибирск : Наука, 2008. – 216 с.

4. Сызранцева, К. В. Расчет прочностной надежности деталей машин при случай-ном характере внешних нагрузок. – Тюмень : ТюмГНГУ, 2011. – 92 с.

410

УДК 625.1

Ю. В. Тасенкова, преподаватель специальных дисциплин В. А. Ширинский, студент

Петербургский государственный университет путей сообщения императора Александра I в г. Калуге (Калужский филиал ПГУПС)

[email protected]

Информационные технологии и системы комплексного контроля технического состояния подвижного состава в эксплуатации Рассмотрены причины аварий и крушений на железнодорожном транспорте.

Предложены мероприятия по повышению безопасности и бесперебойности перево-зок. Обоснованы внедрение в эксплуатацию КТСМ-03 и модернизация существующих морально устаревших систем комплексного контроля технического состояния под-вижного состава в эксплуатации.

Ключевые слова: железнодорожный транспорт, безопасность и бесперебойность перевозок, аппаратура КТСМ-03, новые алгоритмы, внедрение и модернизация.

Введение

Сложнейшая структура грузооборота и пассажирооборота диктует свои требования всем подсистемам (железнодорожной, автомобильной, морской, речной, воздушной и трубопроводной), входящим в единую транспортную систему Российской Федерации, быть конкурентоспособными. Железнодо-рожный транспорт работает и будет продолжать работать в жестких конку-рентных условиях.

Железнодорожный транспорт наиболее развит в России, более того, он является стратегически важным, основным видом транспорта, он универса-лен: с его помощью перевозят любые грузы и пассажиров.

Причины аварий и крушений на железнодорожном транспорте зависят от естественного износа в процессе эксплуатации технических средств, мораль-ного старения систем и устройств железнодорожной автоматики и телемеха-ники, нарушений правил эксплуатации, ошибок диспетчеров, халатности и невнимательности машинистов и других аспектов.

Поэтому задача развития железнодорожной инфраструктуры на данном этапе основывается на модернизации транспортной системы, что послужит стимулом развития многих отраслей российской промышленности. Модерни-зация систем, устройств автоматики и телемеханики позволит повысить уро-вень безопасности и бесперебойности.

© Тасенкова Ю. В., Ширинский В. А., 2021

411

Система контроля нового поколения На данном этапе в условиях жесткой конкуренции повысить безопасность

и бесперебойность перевозок возможно путем широкого внедрения в экс-плуатацию многофункционального комплекса технических средств для диаг-ностики ходовых частей подвижного состава на базе КТСМ-03.

Аппаратура нового поколения КТСМ-03 предназначена для автоматиче-ского дистанционного выявления перегретых буксовых узлов и неисправных тормозов подвижного состава в пути следования.

Задачи, решаемые системой КТСМ-03, следующие: определение занято-сти участка контроля; определение принадлежности подвижного состава; определение типа буксовых узлов; выявление нагрева буксовых узлов в кон-тролируемом поезде; выявление заторможенных колесных пар; выявление схода подвижного состава и волочащихся элементов; контроль температуры рельсовых плетей; контроль качества и наличия электроэнергии на питаю-щих фидерах; автоматическое восстановление функционирования системы после переключения фидеров; возможность подключения дополнительных подсистем контроля через интерфейс RS-232С и СAN [1].

Данную систему эффективнее всего устанавливать на однопутных участках, где можно осуществлять контроль движения в правильном и неправильном на-правлениях. В системе применяется напольная камера типа КНМ-90 конструк-тивные особенности которой позволят уменьшить расстояние до буксы, тем самым позволив приблизить безинерционный фотонный приемник ИК-излучения к наиболее информативным зонам, при этом снизить потерю анало-гового сигнала в воздушной среде и исключить попадания солнечных лучей [2].

Управление и прием ИК-излучения, обработку данных в цифровом виде от КНМ-90 обеспечивает блок управления типа БУ-90 [3].

При установке напольного оборудования не требуется демонтаж рельсо-вого основания, КНМ-90 устанавливается без жесткой привязки к датчикам счета осей. Для фиксации нахождения подвижного состава рельсовая цепь наложения не будет применяться, для того чтобы определить наличие поезда на участке контроля используются путевые датчики электромагнитного пар-ного типа ДПЭП-М.

ДПЭП-М позволяют контролировать свободность или занятость участка контроля; определяет направление движения по сформированному электри-ческому сигналу, фиксирует оси и производит подсчет осей в ПС [4].

Отсутствие РЦН позволит повысить степень грозозащиты, снизить сбой работы оборудования при вступлении ПС в зону контроля, повышая надеж-ность работы аппаратуры и качество считанной информации.

Система электропитания построена с применением встроенных батарей суперконденсаторов, которые имеют высокий КПД, переключение на резерв-ное питание происходит без разрыва синусоиды, все это говорит о надежной работе аппаратуры.

412

Заключение Подводя итоги, нужно сказать, что система КТСМ-03 использует новые

алгоритмы, более качественную обработку сигналов, приводящую к сниже-нию трафика при передачи данных, а это означает, что ее внедрение и модер-низация морально устаревшей аппаратуры просто необходимо.


1. Комплекс технических средств многофункциональный КТСМ-03. Технические решения ИН7.460.000.000Д9 / Г. Ф. Насонов, В. В. Аношкин, А. Ф. Комиссаров, А. Н. Слюняев, В. А. Акулов, А. А. Миронов. – Инфотэкс, 2016. – 55 с.

2. Камера напольная малогабаритная «КНМ-90». Руководство по эксплуатации ИН7.365.000 РЭ. – ООО «Инфотэкс АТ», 2017. – 13 с.

3. Блок управления напольными камерами «БУ-90» (БУ-90М). Сводное руково-дство по эксплуатации ИН7.460.410.000 РЭ. Редакция 1. – Инфотэкс АТ, 2017. – 39 с.

4. Щиголев, С. А. Датчик путевой электромагнитный парный ДПЭП-М. Руково-дство по эксплуатации УЖДА-03-15.000 РЭ / С. А. Щиголев, В. А. Шевцов, Г. А. Ки-чигин. – Внедренческий научно-технический центр Уралжелдоравтоматизация, 2010. – 36 с.

413

УДК 621.114.5:621.226.5

Н. Н. Трушин, доктор технических наук, доцент Тульский государственный университет

[email protected]

Проектные решения в области кинематических схем гидромеханических передач

транспортных и технологических машин

Рассматриваются кинематические схемы автотракторных гидромеханических

передач на основе гидротрансформаторов с двумя турбинами. Предлагаемые конст-рукции могут быть реализованы на основе рабочих колес серийных гидротрансфор-маторов.

Ключевые слова: трансмиссия, гидромеханическая передача, гидротрансформатор.

Введение В трансмиссиях транспортных и транспортно-технологических машин раз-

личного назначения применяются гидромеханические передачи (ГМП), осна-щенные гидротрансформаторами. Согласно аналитическому отчету «Global AT Automotive Torque Converter Market Research Report 2021», опубликованному на сайте компании Market Reports World (https://www.marketreportsworld.com/ global-at-automotive-torque-converter-market-17109339) в 2019 г. мировой ры-нок гидротрансформаторов оценивался в 3657,2 млн USD. В отчете прогно-зируется, что на период 2021–2026 гг. ожидается среднегодовой рост рынка гидротрансформаторов в денежном выражении на 1,7 %. В отчетах компании Market Reports World основными игроками на рынке гидротрансформаторов названы компании Exedy, BorgWarner, Aisin, Jatco, LuK, ZF, Valeo, Schaeffler, AllisonTransmission, Voith, Twin Disk.

В упомянутом отчете отмечается, что 98 % производства автотракторных гидротрансформаторов составляют одноступенчатые (однотурбиные) конст-рукции, а оставшиеся 2 % – многоступенчатые и многотурбинные гидро-трансформаторы. Данное обстоятельство обусловлено высоким уровнем тех-нологичности и отлаженности конструкций одноступенчатых гидротранс-форматоров. Тем не менее ГМП с многоступенчатыми и многотурбинными гидротрансформаторами продолжают совершенствоваться некоторыми зару-бежным компаниями. Так, китайская компания XCMG (http://en.xcmg.com/en-ap) поставляет на российский рынок ковшовые погрузчики ZL50 и ZL60 гру-зоподъемностью 5 и 6 тонн соответственно, оснащенные двухтурбинными гидротрансформаторами. При этом конструктивные элементы китайских ГМП защищены рядом национальных патентов на изобретения и полезные

© Трушин Н. Н., 2021

414

модели [1, 2]. Многоступенчатые гидротрансформаторы содержат, например, тепловозные гидропередачи компании Voith Turbo и отечественные гидропе-редачи УГП-1200 для маневровых тепловозов мощностью 1200 л.с. [3].

Одноступенчатые, многоступенчатые и многотурбинные гидротрансформаторы

Традиционные серийные одноступенчатые трехколесные комплексные гидротрансформаторы характеризуются относительно невысокими коэффи-циентами трансформации (1,8…2,5). Четырехколесные одноступенчатые гидротрансформаторы с непрозрачной характеристикой и двумя реакторами могут иметь более высокий коэффициент трансформации (3,5…4). Поэтому одноступенчатые гидротрансформаторы сочетаются с многоступенчатыми коробками передач. Увеличение количества ступеней в коробках передач имеет свои пределы, поскольку с усложнением конструкции коробки передач усложняется ее система управления и увеличиваются потери энергии двига-теля на осуществление функций управления.

В многоступенчатых гидротрансформаторах две или три турбины жестко соединены с ведомым валом и вращаются с одинаковыми угловыми скоро-стями. Данное обстоятельство является недостатком многоступенчатых гид-ротрансформаторов, поскольку усложняет профилирование лопаток рабочих колес. Классическими примерами многоступенчатых гидротрансформаторов являются гидротрансформаторы Lysholm-Smith и Twin Disk [4].

В многотурбинных гидротрансформаторах две или три турбины враща-ются с разными угловыми скоростями, а суммирование движений от них осуществляется с помощью зубчатых передач планетарного или непланетар-ного типа [5]. Различные угловые скорости турбин и суммирующие зубчатые передачи предоставляют более широкие возможности по оптимизации свойств многотурбинных гидротрансформаторов по сравнению с многосту-пенчатыми гидротрансформаторами. Образцами многотурбинных гидро-трансформаторов служат модели компаний General Motors м Allison Trans-mission с двумя и тремя турбинами, а также двухтурбинные гидротрансфор-маторы, сконструированные в СССР и КНР. Так, например, двухтурбинными гидротрансформаторами оснащены отечественные ковшовые погрузочно-доставочные машины ПД-8 и ПД-12 грузоподъемностью 8 и 12 тонн соответ-ственно [6].

Комплексные гидротрансформаторы Выполненные теоретические и аналитические исследования показали, что

расширить диапазон регулирования возможно за счет комбинирования свойств многоступенчатых и многотурбинных гидротрансформаторов. Далее рассматриваются проектные принципиальные кинематические схемы и алго-ритмы работы ГМП, в которых комплексные гидротрансформаторы содержат две турбины, вращающиеся с различными угловыми скоростями, и попере-

415

менно соединяемыми с помощью сцепных муфт с ведомым валом гидро-трансформатора. В рассматриваемых ГМП гидротрансформаторы имеют на-сос центробежного типа, турбину первой ступени осевого типа и турбину второй ступени центростремительного типа. Турбина осевого типа более эф-фективно работает в диапазоне малых передаточных отношений (от 0 до 0,4), а турбина центростремительного типа – в диапазоне более высоких переда-точных отношений (более 0,4) и на режиме гидромуфты [5]. Исходя из этих свойств турбин осуществляется алгоритм их последовательной работы и со-ответствующая работа элементов управления ГМП. Кинематическая схема ГМП первого варианта представлена на рисунке 1 [7].

Рис. 1. Схема первого варианта ГМП

Гидротрансформатор содержит насос Н, турбину Т1 первой ступени осе-вого типа, соединенную с помощью муфты свободного хода МСХ1 с ведо-мым валом, турбину Т2 второй ступени центростремительного типа, соеди-ненную с помощью муфты свободного хода МСХ2 с ведомым валом. Реактор Р с помощью муфты свободного хода МСХ3 соединен с корпусом. Насос Н и турбина Т2 расположены симметрично друг другу, что позволяет данному гидротрансформатору эффективно работать на режиме гидромуфты. Муфта Ф блокирует гидротрансформатор.

Рабочая жидкость, выходя из турбины Т1 и поступая в турбину Т2, созда-ет на последней отрицательный вращающий момент. Чтобы устранить тор-мозящее действие турбины Т2 на ведомый вал, муфта свободного хода МСХ2 отключает турбину Т2 от ведомого вала. Вращающий момент на ведомом валу при этом создается только первой турбиной Т1. По мере увеличения передаточного отношения гидротрансформатора знак вращающего момента на турбине Т2 в какой-то момент становится положительным. При этом тур-

416

бина Т1 может вращаться быстрее турбины Т2 и отключаться от ведомого вала с помощью муфты свободного хода МСХ1.

На рисунке 2 приведена кинематическая схема второго варианта ГМП с комплексным гидротрансформатором, в котором с целью расширения экс-плуатационных возможностей самоуправляемые муфты свободного хода МСХ1 и МСХ2 (см. рис. 1) заменены управляемыми муфтами Ф1 и Ф2 [8].

Рис. 2. Схема второго варианта ГМП

В зависимости от величины передаточного отношения муфты Ф1 и Ф2 поочередно включают в работу первую и вторую турбины, обеспечивая оп-тимальную работу гидротрансформатора в различных условиях движения самоходной машины. На режиме гидромуфты работает только турбина Т2 и муфта Ф2, а муфта Ф1 выключена. Для автоматического управления муф-тами Ф1 и Ф2 предусматривается соответствующая гидравлическая система.

На рисунке 3 представлена кинематическая схема третьего варианта ГМП с реверсируемым гидротрансформатором [9]. В этой схеме реакторы Р1 и Р2 снабжены управляемыми тормозамиТМ1 и ТМ2 соответственно. Реактор Р1 жестко соединен с турбиной Т1.

На режиме переднего хода тормоз ТМ1 выключен, включен тормоз ТМ2. При этом активным является реактор Р2, а реактор Р1 – неактивный и сво-бодно вращается в потоке рабочей жидкости. Лопатки реактора Р2 профили-руются и оптимизируются для режима прямого хода. Реверсирование гидро-трансформатора и ГМП в целом осуществляется в результате принудитель-ного останова турбины Т1 при помощи тормоза ТМ1, тормоз ТМ2 выключен. Активируется реактор Р1, а реактор Р2 становится неактивным. Лопатки ре-актора Р1 профилируются и оптимизируются для режима обратного хода. Наличие тормоза активации реактора Р2 переднего хода позволяет отказаться от муфты свободного хода, поскольку на режиме гидромуфты тормоза ТМ1

417

и ТМ2 выключены. Останов турбины Т1 тормозом ТМ1 на режиме переднего хода при одновременном отключении муфты Ф1 может создать эффект гид-родинамического торможения.

Рис. 3. Схема третьего варианта ГМП

Максимальные значения коэффициентов трансформации гидротрансфор-маторов на режиме переднего хода оцениваются в диапазоне 4…6 за счет последовательной работы двух турбин различного типа. Для ГМП третьего типа коэффициент трансформации гидротрансформатора на режиме обратно-го хода оценивается как 1,5…2,5. Определенным преимуществом представ-ленных ГМП может быть отсутствие зубчатых передач для суммирования моментов от турбин.

Заключение Спроектированные ГМП ориентированы для применения в трансмиссиях

колесных и гусеничных транспортно-погрузочных и иных относительно ти-хоходных самоходных машин, оснащенных двигателями внутреннего сгора-ния. Схема расположения рабочих колес в спроектированных гидротранс-форматорах позволяет заимствовать элементы конструкции от серийных од-ноступенчатых гидротрансформаторов типа ЛГ, ГТ, МТ. Поскольку турбины соединяются с ведомым валом через муфты, то возможно независимое про-филирование и оптимизация параметров их лопаток. При реализации предла-гаемых конструкций возможно также использование рациональных парамет-ров рабочих колес для двухтурбинных гидротрансформаторов отечественной разработки [10]. Повышенные преобразующие способности рассмотренных гидротрансформаторов позволяют сократить количество ступеней в сопря-гаемых с ними механических коробках передач.

418


1. Патент на изобретение № 202056274 КНР. Planetary type power gear-shifting hy-draulic transmission for ZL60 loader. – 2011.

2. Патент на полезную модель № 103557253 КНР. Double-axis friction plate type brake clutch for planetary transmission with double-turbine torque converter. – 2016.

3. Гидродинамические передачи: Проектирование, изготовление и эксплуатация / Б. А. Гавриленко [и др.]. – Москва : Машиностроение, 1980. – 219 с.

4. Лапидус, В. И. Гидромеханические передачи автомобилей / В. И. Лапидус, В. А. Петров. – Москва : Машгиз, 1961. – 495 с.

5. Мазалов, Н. Д. Гидромеханические коробки передач автомобилей / Н. Д. Маза-лов, С. М. Трусов. – Москва : Машиностроение, 1971. – 296 с.

6. Ковшовые погрузочно-транспортные машины / П. А. Корляков [и др.]. – Москва : Недра, 1980. – 200 с.

7. Патент на изобретение № 2682694 РФ. Гидротрансформатор / Трушин Н. Н. – 2019.

8. Патент на изобретение № 2716378 РФ. Гидромеханическая передача транспорт-ного средства / Трушин Н. Н. – 2020.

9. Патент на изобретение № 2741352 РФ. Гидромеханическая передача самоход-ной машины / Трушин Н. Н. – 2021.

10. А.с. № 887850 СССР. Гидромеханическая передача / Трусов С. М., Гируцкий О. И., Есеновский-Лашков Ю. К. (СССР), Стратил И., Бенеш И. (ЧССР). – 1981.

419

УДК 656.072

А. С. Тюляев, аспирант П. П. Володькин, доктор технических наук, доцент


Инновационные идеи

в сфере таксомоторных пассажирских перевозок Принято считать, что городской пассажирский общественный транспорт ис-

пользует городское пространство более эффективно, чем индивидуальный транс-порт. Но для того, чтобы общественный транспорт стал реальной альтернативой индивидуальному транспорту, он должен иметь достаточно густую сеть остано-вок, короткие интервалы движения и высокую скорость, а значит, он должен быть дорогим для городских сообществ.

It is generally accepted that urban passenger public transport uses urban space more ef-ficiently than individual transport. But for public transport to become a viable alternative to individual transport, it must have a sufficiently dense network of stops, short intervals and high speeds, which means it must be expensive for urban communities.

Ключевые слова: инновации, таксомоторный транспорт, пассажирские перевоз-ки, экономика.

Введение

Сегодня проблема транспорта – одна из самых актуальных для всех круп-ных городов России. В городах экономика услуг растет, а производство пе-ремещается туда, где затраты на рабочую силу, тарифы и цены на землю ни-же. Именно поэтому транспортные связи меняются, возникают проблемы на транспорте, основными из которых являются: увеличение количества личных автомобилей населения, увеличение интенсивности работы индивидуального транспорта, снижение эффективности городского общественного транспорта, увеличение потребности городского населения в передвижении.

В современных экономических условиях интерес потребителей к ее услу-гам играет огромную роль в обеспечении конкурентоспособности транспорт-ной компании.

Несмотря на ряд явных конкурентных преимуществ, таких как широкая география перевозок, относительная доступность, независимость от погод-ных условий и высокий уровень безопасности, таксомоторный транспорт все чаще сталкивается с межвидовой конкуренцией.

© Тюляев А. С., Володькин П. П., 2021

420

Инновации в сфере услуг Под инновациями в широком смысле понимается прибыльное использо-

вание нововведений в виде новых технологий, видов продуктов и услуг, ор-ганизационных, технических и социально-экономических решений производ-ственного, финансового, коммерческого, административного или других ти-пов. Инновационная деятельность организации в основном направлена на повышение конкурентоспособности.

Инновации в сфере услуг – это инновации в самой услуге, ее производст-ве, поставках, потреблении и поведении сотрудников. Инновации не всегда основаны на изобретениях и открытиях. Есть новшества, основанные на иде-ях. Незаменимыми свойствами нововведений являются новизна, примени-мость производства (экономическая жизнеспособность) и удовлетворение потребностей потребителей. Инновации в сфере услуг должны охватывать не только производство товаров и их потребление в целом, но и соответствовать характеристикам конкретных потребителей.

Нововведениями в сфере услуг считаются новая компьютерная система для определения маршрутов связи, внедрение пластиковых карт различного назначения и др.

Сфера транспортных услуг и виды экономической деятельности в нашей стране динамично развиваются. Инновации имеют большое значение для повышения качества транспортных услуг, поскольку почти каждая органи-зация использует собственные или арендованные автомобили. Важнейшие области инноваций на транспорте связаны с использованием современных технологий для организации транспорта, автоматизации и компьютериза-ции всех звеньев транспортной цепочки и прежде всего процессов обслу-живания клиентов. Важными критериями оценки эффективности использо-вания инноваций в сфере транспортных услуг являются динамика исполь-зования энергосберегающих технологий, автоматизированных систем, экономия времени и минимизация затрат на доставку грузов при высокой транспортной надежности.

Инновации в сфере городского пассажирского транспорта Основными направлениями инноваций в сфере городского пассажирского

транспорта являются: – создание и развитие управляющих информационно-навигационных сис-

тем на основе спутниковых технологий; – разработка электронной системы управления тарифами; – внедрение энергосберегающих технологий на транспорте; – создание и развитие интеллектуальной транспортной системы; – переход на долгосрочные государственные проекты по проектированию,

строительству (реконструкции), ремонту и эксплуатации с длительным про-изводственным циклом применительно к объектам инфраструктуры транс-портного комплекса.

421

Предложения по переходу на инновационный вариант развития транс-портной системы города:

1. Введение приоритетного проезда пассажирского транспорта в город-ских центрах.

2. Введение в практику регулярных транспортных и социологических оп-росов, а также проведения местных референдумов по конкретным транс-портным проектам.

3. Ознакомление со строительными нормами и требованиями к застрой-щику с целью увеличения вместимости многоуровневых гаражей.

Наиболее известные нововведения, реализованные в системе HPT за по-следнее десятилетие:

– электронная тарифная оплата; – умные остановки (с табло, показывающим время прибытия нужного

таксомоторного транспорта); – использование передатчиков GPS для проверки местонахождения под-

вижного состава.

Причины низкой эффективности нововведений Огромные ресурсы, затрачиваемые в городах на создание информацион-

ной среды, имеют очень низкую отдачу. По словам самих пассажиров, город-ской пассажирский транспорт кардинально не улучшился. Таким образом, внедрение системы мониторинга транспортных средств и отклонения их от маршрута с использованием глобального позиционирования не принесло пользы пассажирам.

Некоторые ученые считают, что причина низкой эффективности внедряе-мых нововведений заключается в том, что «перевозка населения по регуляр-ным городским маршрутам – это, с одной стороны, довольно старый вид биз-неса, насчитывающий более ста лет, с другой – это довольно просто связано с составляющими его технологическими процессами. В результате все про-цессы в этой области уже отлажены и не требуют никаких изменений. При-чинами, сдерживающими рост инноваций в сфере пассажирских перевозок, являются: отсутствие целостной инновационной системы, слабое физико-техническое состояние инфраструктуры, инерционность процесса обновле-ния технологического оборудования, отсутствие механизмы, бизнес побуж-дает людей вкладывать средства в инновации.

Крупный и средний российский бизнес не желает поддерживать проекты инновационного развития, которые сопряжены с риском и не обещают быст-рой окупаемости. При отсутствии нормальной конкурентной среды (особен-но на региональном уровне) инновации не нужны, если их рассматривать как инструмент повышения конкурентоспособности продукции и продукции, завоевания рынков сбыта.

Внедрение новых конструкторских разработок в области подвижного со-става практически неэффективно, потому что такой подвижной состав будет

422

дорогим и, следовательно, не будет востребован на рынке городских пасса-жирских перевозок.

Выводы Обобщая все вышесказанное, можно сделать следующие выводы. 1. В настоящее время инновационный фактор становится решающим ус-

ловием устойчивого развития транспорта. Инновационная и инвестиционная деятельность в городских транспортных системах должна осуществляться в едином цикле и под единым управлением.

2. Транспортная наука переживает непростые времена. Отраслевая систе-ма НИОКР практически перестала существовать. Это означает, что теорети-ческие исследования не заканчиваются воплощением в «железе», нужны до-кументы, разработка регламентов и написание инструкций.

3. Представители остальных научных школ, молодые ученые не привле-каются к научным исследованиям, не создаются специализированные техно-парки для развития инновационной деятельности для ПГТ.

4. Крупный и средний российский бизнес не заинтересован в поддержке рискованных и не обещающих быстрой окупаемости инновационных проек-тов по разработке газовых турбин.

5. Для придания инновационного вектора экономического развития ПГТ необходима государственная поддержка и прямое участие бизнес-сообще-ства в формировании и ресурсном обеспечении рынка инновационных идей для ПГТ.

Заключение Инновационная деятельность в сфере услуг, в том числе в транспортном

секторе, должна иметь предсказуемый результат, который приведет к изме-нениям как внутри организации, так и во внешней среде. Расширение спроса в сфере услуг приводит к изменениям в производственном процессе произво-дителей сырья и в информационных системах. Развитие сектора услуг созда-ет новую конкурентную среду и новую потребность в товарах и услугах. Ин-новационная деятельность в сфере услуг является неотъемлемой частью эф-фективной производственной и рыночной деятельности, поскольку обеспечивает стратегическую стабильность компаний на быстро развиваю-щемся рынке услуг. Становится все более очевидным, что сектор услуг мо-жет обеспечить значительный рост занятости как сейчас, так и в будущем, стать локомотивом экономического роста.

Вместе с другими секторами инфраструктуры транспорт формирует ос-новные предпосылки для жизни общества и является важным инструментом для достижения социальных, экономических и внешнеполитических целей. Транспорт – это не просто отрасль, специализирующаяся на перемещении товаров и людей, это, прежде всего, межотраслевая система, которая меняет условия жизни и управления. Устойчивое развитие транспорта – гарантия

423

единства экономического пространства, свободного передвижения товаров и услуг, конкуренции и свободы экономической деятельности, улучшения условий и уровня жизни населения.

В условиях жесткой конкуренции на рынке каждая транспортная компа-ния должна осознавать, что оставаться игроком на рынке без внедрения ин-новационных технологий чрезвычайно сложно.


1. Гуреева, М. А. Основы экономики транспорта : учебное пособие. – Москва : Академия, 2014. – 188 с.

2. Логинова, Н. А. Планирование на предприятии транспорта : учебное пособие. – Москва : Инфра-М, 2013. – 319 с.

3. Логинова, Н. А. Экономическая оценка инвестиций на транспорте : учебное по-собие. – Москва : Инфра-М, 2013. – 250 с.

4. Логинова, Н. А. Организация предпринимательской деятельности на транспорте : учебное пособие / Н. А. Логинова, Х. П. Пырванов. – Москва : Инфра-М, 2013. – 260 с.

5. Туревский, И. С. Экономика отрасли (автомобильный транспорт) : учебник. – Москва : Форум ; Инфра-М, 2017. – 287 с.

6. Туревский, И. С. Автомобильные перевозки : учебное пособие. – Москва : Фо-рум ; Инфра-М, 2016. – 222 с.

7. Экономика транспорта : учебник и практикум для академического бакалавриата / Е. В. Будрина [и др.]. – Москва : Юрайт, 2016. – 365 с.

424

УДК 629.113

А. Г. Уланов, кандидат технических наук, доцент Южно-Уральский государственный университет» (НИУ), Челябинск

[email protected]

Оптимизация процесса разгона автомобиля с учетом режимов работы его двигателя

Предлагается методика выбора оптимальных передаточных чисел бесступенча-

той трансмиссии автомобиля с учетом режимов движения и работы его двигателя. Полученные результаты расчета тягово-динамических и топливно-экономических показателей автомобиля с бесступенчатой трансмиссией, передаточные числа ко-торой во время движения изменялись в соответствии с предлагаемой методикой, в сравнении с реально существующим прототипом подтвердили ранее принятую гипотезу оптимизации и дают все основания для рекомендации применения данной методики на практике при выборе передаточных чисел бесступенчатой трансмис-сии в зависимости от режима движения автомобиля.

Ключевые слова: автомобиль, бесступенчатая трансмиссия, вариатор, разгон, пе-редаточное число.

Введение

Многообразие существующих в настоящее время автомобилей определя-ется ростом требований, предъявляемых к ним со стороны потребителей. С целью эффективного использования энергетических ресурсов двигателя и реализации требуемых показателей тягово-скоростных и топливно-экономических свойств автомобиля производители стремятся придать конст-рукции трансмиссии определенные свойства, которые позволят обеспечить наиболее полное согласование их совместной работы [1].

Эффективность процесса согласования совместной работы двигателя и трансмиссии, определяемая соответствием проектируемого автомобиля своему функциональному предназначению, во многом зависит от применяе-мых методов проектирования. Для совершенствования этого процесса необ-ходимо применение методов оптимального проектирования [2–4]. В этой связи большой интерес представляют исследования, направленные на рас-крытие потенциала системы «двигатель – трансмиссия», на сегодняшний день исчерпавшие возможности технического совершенствования механиче-ских ступенчатых трансмиссий. Решение данной задачи возможно только за счет применения других типов трансмиссий и формирования оптимальных режимов управления трансмиссиями.

Анализ продукции передовых фирм – производителей автомобилей пока-зывает, что в рамках практически каждой производимой ими модели реали-

© Уланов А. Г., 2021

425

зуются различные варианты силовых агрегатов (типы и объемы двигателей) и трансмиссий (типы трансмиссий и варианты передаточных чисел). Это по-зволяет в рамках одной модели обеспечить широкий диапазон эксплуатаци-онных характеристик и существенно повысить ее покупательную способ-ность. Появление на рынке бесступенчатых трансмиссий дает возможность для одной модификации автомобиля решить эту проблему за счет выбора оптимальных в зависимости от поставленной задачи параметров трансмис-сии. Разнообразие конструкций современных вариаторов, а также средств автоматизации и управления предоставляет возможность сделать этот про-цесс управляемым и оптимальным с точки зрения показателей его динамич-ности и топливной экономичности.

В настоящее время скоростной режим автомобиля определяется скоро-стью транспортного потока, рекомендациями дорожных знаков, сложившей-ся дорожной обстановкой, настроением водителя, но только не условиями оптимального режима движения в данной ситуации. Нет и инструмента, ко-торый бы позволил задать, а затем проконтролировать этот процесс.

Целью данной работы является разработка математической модели для определения текущих значений передаточного числа бесступенчатой транс-миссии автомобиля в зависимости от режима его движения.

Математическая модель Максимально возможное ускорение автомобиля при работе двигателя

с полной подачей топлива определяется из уравнения тягового баланса [5]

( ) ,d gj Ddtυ

= = − ψδ

(1)

где j – ускорение автомобиля; υ – скорость автомобиля; t – время разгона; D – динамический фактор; ψ – коэффициент сопротивления дороги; g – ус-корение свободного падения; δ – коэффициент учета вращающихся масс.

После исследования функции изменения ускорения автомобиля от скоро-сти его движения (1) на экстремум было получено выражение для определе-ния значений передаточного числа трансмиссии в зависимости от скорости движения автомобиля:

2 2к к

тр 2

0,0628 0,125322 cos ,3

N Nr n r ni ⎛ ⎞= − ϕ + π +⎜ ⎟ υυ ⎝ ⎠

(2)

где rк – радиус качения колеса; nN – обороты двигателя при максимальной мощности; υ – скорость автомобиля.

В уравнении (2) величина φ

( )2

20 1

max тр а

0,0004691 arccos 1 0,6875 ,3 13

аG kF f kN G

⎛ ⎞⎡ ⎤υ υϕ = + + υ −⎜ ⎟⎢ ⎥⎜ ⎟η ⎣ ⎦⎝ ⎠

426

где Ga – полный вес автомобиля; υ – скорость автомобиля; Nmax – макси-мальная мощность двигателя; трη – коэффициент полезного действия транс-миссии; kF – фактор обтекаемости; f0 – коэффициент сопротивления качению при малых скоростях; k1 – коэффициент, равный (4…5)10–5.

На рисунке 1 в качестве примера представлена предлагаемая закономер-ность (2) изменения передаточного числа вариатора в зависимости от скоро-сти движения автомобиля Subaru Ipreza 2.0R.

Рис. 1. Закономерность изменения передаточного числа вариатора

в зависимости от скорости движения автомобиля Subaru Impreza 2.0R

Использование закономерности (2) при выборе передаточного числа бес-ступенчатой трансмиссии в зависимости от скорости движения позволило обеспечить автомобилю максимальную динамику разгона, т. е. достичь мак-симальной скорости движения за кратчайшее время.

После исследования функции изменения ускорений автомобиля от оборо-тов вала двигателя (1) на экстремум было получено выражение для определе-ния значений передаточного числа трансмиссии в зависимости от оборотов двигателя:

( )

( )

3 2к а max а 0 1

3трmax тр max

0,1414 13.

9550 0,5r G n kF G f k n

iN n n

+=

η − (3)

где rк – радиус качения колеса; Ga – полный вес автомобиля; nmax – макси-мальные обороты двигателя; kF – фактор обтекаемости; f0 – коэффициент сопротивления качению при малых скоростях; k1 – коэффициент, равный (4…5)10–5; n – текущее значение числа оборотов вала двигателя; Nmax – мак-симальная мощность двигателя; трη – коэффициент полезного действия трансмиссии.

427

Область существования полученной функции (3) для определения переда-точного числа трансмиссии iтр ограничена значениями оборотов двигателя n < 0,5nmax.

На рисунке 2 в качестве примера представлена предлагаемая закономер-ность изменения передаточного числа вариатора в зависимости от оборотов вала двигателя автомобиля Subaru Impreza 2.0R.

Рис. 2. Закономерность изменения передаточного числа вариатора

в зависимости от оборотов двигателя автомобиля Subaru Impreza 2.0R

Использование закономерности (3) при выборе передаточного числа бес-ступенчатой трансмиссии в зависимости от оборотов вала двигателя позво-лило автомобилю двигаться с минимальным расходом топлива.

Результаты расчета и выводы Сравнительные расчеты подтвердили сделанные предположения. Были

произведены расчеты времени разгона и расхода топлива автомобиля Subaru Impreza 2.0R с серийной механической коробкой перемены передач и с се-рийным вариатором, передаточные числа которого изменялись во время разгона в первом случае согласно выражению (2), а во втором – согласно выражению (3). Результаты расчетов представлены, соответственно, на ри-сунках 3 и 4.

Из представленных графиков видно, что если во время разгона автомоби-ля с бесступенчатой трансмиссией передаточные числа ее будут изменяться согласно закономерностям (2) и (3), то в первом случае автомобиль будет разгоняться до заданной скорости за самый короткий промежуток времени, а во втором случае расход топлива будет минимальным.

И в том, и в другом случаях поставленная цель достигнута: процесс раз-гона удалось сделать управляемым и оптимальным.

428

Рис. 3. Графики времени разгона автомобиля SubaruImpreza 2.0R

Рис. 4. Топливно-экономическая характеристика автомобиля SubaruImpreza 2.0R

Заключение Аналитические выражения для уравнения тягового баланса (1) и, соответ-

ственно, математические модели разгона автомобиля в зависимости от по-ставленных задач могут и должны усложняться. Это бесспорно определяется только допустимой погрешностью вычислений в каждом конкретном случае. На наш взгляд, данная работа показала главное – закономерность изменения передаточного числа бесступенчатой трансмиссии может быть управляемой, а самое главное – оптимальной в зависимости от режима движения автомо-биля. Современный уровень развития средств автоматизации и управления позволяет реализовать этот процесс на практике.


1. Русаков, С. С. Разработка методики оптимизации передаточных чисел механи-ческой ступенчатой трансмиссии легкового автомобиля с учетом режимов работы его двигателя : дис. … канд. техн. наук. – Тольятти, 2007. – 134 с.

429

2. Мартыхин, Ю. М. Методика тягово-динамического расчета мототранспортного средства с автоматическим клиноременным вариатором в силовой передаче. – Серпу-хов : ВНИИмотопром, 1975. – 18 с.

3. Рябов, Г. К. Автоматическая трансмиссия мототранспортных средств: теория, расчет и конструирование / Г. К. Рябов, С. А. Андрее. – Ковров : Ковровская государ-ственная технологическая академия имени В. А. Дегтярёва, 2006. – 92 с.

4. James, I.B., Vaughan, N.D. Dynamic modeling and validation of the regime change characteristics of a split power, infinitely variable transmission. IMechE International Semi-nar, 1997, p. 540.

5. Бортницкий, П. И. Тягово-скоростные качества автомобилей / П. И. Бортниц-кий, В. И. Задорожный. – Киев : Вища школа, 1978. – 176 с.

430

УДК 629.114:339.137.2


[email protected]

Модель обеспечения конкурентоспособности изделий производственного назначения при разработке

В целях реализации принципа «делать правильно с первого раза» предложена

трехступенчатая модель выбора технико-эксплуатационных показателей изделий производственного назначения при разработке технического задания на проектиро-вание. Суть модели в том, что предварительно выбранные технико-эксплуатацион-ные показатели изделия в три ступени последовательно корректируются по резуль-татам сравнительной оценки его с конкурентами по таким интегральным критери-ям, как экономическая эффективность в эксплуатации, коэффициент качества и коэффициент конкурентоспособности. Предложенная модель способствуют обес-печению конкурентоспособности проектируемого изделия на выбранных сегментах рынка с минимальными трудовыми и материальными затратами. Апробация пред-ложенной модели показано на примере развозного автомобиля.

Ключевые слова: изделие производственного назначения, разработка, экономи-ческая эффективность, качество, показатель качества, конкурентоспособность, оцен-ка, развозной автомобиль.


На современном этапе развития цивилизации, информатизации практиче-ски всех сфер человеческой деятельности, в условиях жесткой конкуренции на товарных рынках ключевым фактором благополучия хозяйствующих субъектов становится конкурентоспособность выпускаемых товаров или ока-зываемых услуг. При изобилии товаров сделка купли-продажи состоится только при условии, что товар или услуга по качеству и цене удовлетворяет покупателя.

Рыночный успех товара формируется при его создании. Ошибки, допу-щенные на этапах НИОКР, в производстве и в эксплуатации дорого обходят-ся как самому производителю, так и потребителю. Известное правило жиз-ненного цикла товара «1:10:100:1000» в сфере разработки новых изделий работает безукоризненно. Сэкономленный 1 рубль при разработке может обернуться при эксплуатации 1000 рублями потерь. Практика изобилует примерами рыночного провала товаров. Так, среди товаров массового по-требления, доведенных до полки магазинов, успех имеют не более 20 % това-ров, а среди товаров инвестиционного назначения – не более 40 % [1, 2]. В работе [3] отмечается, что в Германии из разработанных изделий машино-

© Фасхиев Х. А., 2021

431

строения не более 31 % осваиваются серийно производством, а из освоенных только 12 % имеют значительный рыночный успех. Треть освоенных про-мышленных товаров на рынке не находят особого спроса, среди вновь осво-енных товаров широкого потребления доля товаров, не оправдавших на них надежд, доходит до 80 % [4]. Эксперты отмечают, что в США среди про-мышленных товаров коммерчески успешными можно назвать не более 15 % спроектированных изделий, а среди дошедших до рынка товаров – около 60 % завоевывают признание [2]. По данным мировой статистики, до серий-ного производства доходят менее 10 % разработок, успешно прошедших эта-пы НИОКР.

В чем же проблема такого низкого уровня выхода конструкторско-технологических и маркетинговых служб компаний? Анализ неудачных раз-работок, поставленных на производство, на 50 % объясняется низким качест-вом предпроектных маркетинговых исследований, 38 % неудач связано с производственными проблемами. Кроме того, причиной 7 % неудач стали финансовые и 5 % – коммерческие проблемы производителя [5]. Поверхно-стное исследование запросов покупателей; низкое качество нового товара относительно аналогов; неверно установленные целевые рынки, объем вы-пуска; завышенная цена; пренебрежение деятельности конкурентов; несвое-временный выход на рынок; недостаточная информированность покупателей о товаре; отсутствие сервиса в эксплуатации приводят снижению конкурент-ных позиций нового товара. Ключевым критерием успеха товара на рынке является его конкурентоспособность, т. е. оцененное потребителем в данный момент времени превосходство его над аналогами по критерию це-на/качество в конкретном сегменте рынка, которое достигнуто в нормальных условиях хозяйствования без нарушения законодательных норм. Под качест-вом объекта будем подразумевать совокупную характеристику его сущности, оцененную потребителем в конкретный момент времени в каком-либо сег-менте рынка, проявляющуюся в превосходстве объекта по своим свойствам аналогов за жизненный цикл, достигаемое за счет максимального удовлетво-рения потребностей человеческого общества при минимальном для него и природе ущербе [6].

Практика показывает, что актуальнейшую проблему обеспечения конку-рентоспособности своих товаров каждый производитель решает индивиду-ально. В настоящее время универсального общепринятого инструмента обес-печения конкурентоспособности создаваемых товаров нет. Проблема усу-губляется еще тем, что для отдельных групп товаров нет единой номенклатуры показателей качества, применяемые методы оценки качества и конкурентоспособности товаров несовершенны, недостаточно применяет-ся процесс прогнозирования конкурентоспособности изделий на этапе раз-работки. В управленческой структуре редких предприятий есть подразде-ление, которое целенаправленно занимается вопросами конкурентоспособ-ности товаров и предприятия в целом. Проявление этих нерешенных

432

проблем на виду – абсолютное большинство российских товаров по конку-рентоспособности уступает зарубежным аналогам. Покупатели при выборе товаров часто предпочтение отдают импортным товарам. Если ситуация ос-танется без изменения, по мере повышения покупательской способности эта тенденция будет только усиливаться.

Методология создания конкурентоспособного товара Для достижения рыночного успеха товара производитель должен обла-

дать методологией обеспечения конкурентоспособности товаров на этапах его жизненного цикла, прежде всего на этапе разработки. Методология, при-меняемая для товаров народного потребления, будет отличаться от подходов, применяемых для товаров инвестиционного назначения, так как принятие решения при покупке этих групп товаров покупателями осуществляется по различным критериям. При выборе товаров широкого потребления преиму-щество отдается критерию качество/цена, т. е. конкурентоспособности, а при покупке товаров производственного назначения – критерию экономическая эффективность за весь период эксплуатации. Инвестиционные товары выби-раются более обоснованно, после оценки их экономической эффективности производится оценка их качества и конкурентоспособности. Следовательно, технико-экономические показатели (ТЭП) товаров инвестиционного назна-чения при разработке должны быть сформированы с учетом всех этих трех критериев.

С позиции конкурентоспособности в жизненном цикле товара ключевую роль играет этап разработки. Создание нового изделия по сути – это интегра-ция творческой деятельности конструктора с управленческой деятельностью в сфере оценки и выбора рациональных технико-коммерческих решений из имеющихся альтернатив. Процесс разработки должен быть организован та-ким образом, чтобы она была выполнена в кратчайшие сроки, и чтобы приня-тые решения обеспечивали конкурентоспособность изделию в момент выхо-да на рынок.

В литературе, к сожалению, недостаточное внимание уделяется проблеме обеспечения конкурентоспособности изделий при разработке [7]. Анализ ме-тодов рационализации изделий машиностроения при разработке показывает, что в настоящее время недостаточное внимание уделяется показателям, по-лученным в эксплуатации машины (таким как, срок окупаемости, рентабель-ность инвестиций, внутренняя норма доходности, прибыль от эксплуатации изделия, совокупная стоимость владения и др.). А это как раз те показатели, которые в первую очередь интересуют покупателя.

Наиболее эффективный способ повышения конкурентоспособности про-изводимой продукции – выбор рациональных параметров при разработке, поэтому рационализация предварительно принятых ТЭП при проектировании новых моделей должна быть обязательной процедурой. В общепринятой тех-

433

нологии конструирования изделий определение его ТЭП и рационализация проводятся по следующему алгоритму:

1) выбор интегрального оценочного критерия рационализации; 2) определение единичных и комплексных ТЭП, функцией которых явля-

ется интегральный критерий; 3) установление зависимостей интегрального критерия от показателей ка-

чества изделия; 4) определение наиболее рационального значения ТЭП методом матема-

тического моделирования; 5) включение полученных значений ТЭП в техническое задание на проек-

тирование изделия. Существенными недостатками такого метода выбора рациональных ТЭП

являются, во-первых, то, что часто в роли оценочного показателя принимает-ся какой-либо частный показатель качества автомобилей, например, долго-вечность; во-вторых, то, что не всегда осуществляется сравнение полученно-го значения оценочного показателя с показателями конкурентных моделей. В рыночной экономике достижение какого-либо одного частного критерия до желаемого уровня недостаточно. У потребителя практически на любом рынке имеется широкий выбор из альтернатив, и он предпочтение отдает тому то-вару, у которого качество, конкурентоспособность лучше, чем у аналогов. Эти критерий интегрируют в себе все ТЭП изделия без исключения.

Очевидно, что рационализация конструкции должна быть не технической или экономической, а технико-экономической. Причем оценочные показате-ли экономической эффективности изделий инвестиционного назначения должны быть рассчитаны за весь жизненный цикл. При выборе товара поку-патель предпочтение отдает интегральному критерию качество/цена, т. е. конкурентоспособности, поэтому реализованные в изделии ТЭП должны обеспечить его конкурентоспособность. Наличие надежного инструмента сравнительной оценки альтернатив и умелое его применение при создании новых товаров будет способствовать обеспечению конкурентоспособности товара на целевых рынках с ранних этапов его разработки.

В конкурентной экономике особенностью разработки нового изделия яв-ляется ориентированность на конкретный сегмент рынка. Основная задача разработчика – реализация в конструкторской документации технико-эксплуатационных показателей, требований потенциальных потребителей, выявленных маркетологами в ходе исследования выбранного сегмента рынка.

В соответствии ГОСТ 15.001–88 «Система разработки и постановки про-дукции на производство» создание нового изделия состоит из следующих процессов: 1) выявление и исследование целевого рынка; 2) научно-исследо-вательские работы; 3) разработка технического задания (ТЗ); 4) техническое предложение; 5) эскизный проект; 6) технический проект; 7) разработка ра-бочей документация; 8) изготовление опытного образца и испытание изделия

434

и его узлов, агрегатов, деталей; 9) корректировка конструкторской докумен-тации; 10) изготовление и сертификация изделия при необходимости.

Если изделие успешно проходит эти этапы, то проводится технологиче-ская и организационно-производственная подготовка производства.

Следует отметить, что каждый из упомянутых этапов имеет «вход», «вы-ход», применяемые инструменты и методы, «обратную связь», т. е. реализу-ется с применением системного подхода. При этом должны быть соблюдены следующие принципы: до принятия решения определяются и формулируются цели; цели подсистем не должны противоречить целям всей системы; жиз-ненный цикл изделия является целостной системой, и результаты работ пре-дыдущего этапа являются входами последующих этапов; решения должны быть многовариантными, и для реализации на каждом этапе выбирается наи-лучшее из них; элементы системы иерархичны и гармонично структурированы.

Для получения качественной научно-технической документации для про-ведения организационно-технологической подготовки производства качество НИР, исследований рынка, процессов конструирования должны быть на от-лично. Внешняя и внутренняя среда, организационно-методическое обеспе-чение работ при этом должны способствовать для трансляции входных дан-ных системы в высококачественный результат процесса. Для реализации принципа «делать правильно с первого раза» на всех этапах разработки про-водится технико-экономический анализ изделия и принимаемых решений, прогнозирование, выбор решения из альтернатив, оптимизация принимаемых ТЭП, конструкторских решений; сравнительная оценка экономической эф-фективности, качества и конкурентоспособности изделия. По мере накопле-ния информации проведенные ранее расчеты уточняются.

Соблюдение вышеупомянутых принципов особенно важно при разработ-ке ТЗ, которое по существу является исходным технико-коммерческим доку-ментом для проектирования. Принятые в ТЗ технико-эксплуатационные по-казатели должны быть достаточными для проектирования новой модели и обеспечивать, во-первых, соответствие изделия требованиям потребителя, во-вторых, экономическую эффективность, качество и конкурентоспособ-ность изделию не хуже, чем у конкурентов.

В соответствии с ГОСТ 15.001–88 содержание технического задания (ТЗ) и процесс работ по его составлению определяются заказчиком и исполните-лем совместно, а в инициативных проектах – исполнителем индивидуально. В принятой ныне системе разработке ТЗ не производится расчет таких важ-ных для потребителей показатели, как чистая текущая стоимость (ЧТС) в эксплуатации изделий производственного назначения, совокупная стои-мость владения, удельные дисконтированные чистые расходы (УДЧР), внут-ренняя норма доходности (ВНД), рентабельность инвестиций (РИ), коэффи-циент качества (Кк), коэффициент конкурентоспособности (К). Именно эти показатели являются наиболее значимыми для потребителя. Покупателя то-вара инвестиционного назначения интересует в первую очередь получение

435

прибыли от эксплуатации изделия, возврат своих вложений в объект. В упо-мянутом стандарте не установлены какие-либо требования показателям, включаемым в ТЗ, не определен порядок их принятия.

Предварительно принятые в ТЗ по результатам маркетинговых исследо-ваний и НИР ТЭП проектируемой модели могут быть нерациональными. Для устранения данной проблемы, обеспечения с ранних этапов проектирования экономической эффективности, качества и конкурентоспособности нового изделия предложен модель формирования ТЭП в ТЗ (рис. 1).

Алгоритм формирования ТЭП Процесс формирования ТЗ начинается с изучения конъюнктуры рынка

и анализа научно-технического прогресса в области разрабатываемого изде-лия. В ходе маркетинговых исследований определяется спрос на товар, уста-навливаются требования потенциальных покупателей к товару, выявление конкурентов и характеристики их изделий. Одной из сложных задач при раз-работке технического задания является время начала серийного производства нового изделия и срок, в течение которого оно будет выпускаться. Не зная эти параметры невозможно оценить экономическую эффективность освоения новой продукции у производителя, в частности ЧТС, ВНД, РИ и срок оку-паемости инвестиций.

При формировании ТЭП в ТЗ в первую очередь учитываются те обяза-тельные требования к изделию, которые установлены нормативно-правовыми актами, например, техническими регламентами ТР ТС, Правилами ЕЭК ООН для наземных транспортных средств, Директивами ЕС и др. При назначении в ТЗ конкретных ТЭП учитываются темпы научно-технического прогресса в сфере проектируемого изделия, достижения конкурентов, результаты тео-ретических и экспериментальных исследований, а опыт проектирования и эксплуатации аналогичных собственных и конкурентных изделий. Процесс разработки сложнотехнических изделий, например, автомобиль, судно, само-лет, занимает от 3 до 8 лет. Это большой срок, в течение которого возможны существенные изменения в сфере проектируемого изделия, поэтому в алго-ритме предусмотрен процесс корректировки предварительно принятых ТЭП с учетом времени, результатов НИР и прогрессивных решений под воздейст-вием НТП.

Для товаров производственного назначения по принятым ТЭП уже на этапе разработки ТЗ производится расчет экономической эффективности из-делия в эксплуатации по критериям ЧТС и УДЧР. ЧТС – это разница между дисконтированным чистым денежным доходом от эксплуатации изделия и инвестициями на его приобретение и эксплуатацию. Значение ЧТС опреде-ляется по соотношению [8]

сл

0 0

ЧТС ДЧДП Д ,iТ T

t tt t

I= =

= −∑ ∑

436

где ДЧДПt – дисконтированный чистый денежный поток t-го периода; ДIt – дисконтированные инвестиции t-го периода, Тсл – срок службы автомобиля.

Рис. 1. Модель принятия ТЭП ТЗ новой модели изделия

437

ЧТС рассчитывается за весь период эксплуатации изделия и формируется за счет чистой прибыли, полученной от эксплуатации, и амортизационных отчислений. Главной целью хозяйствующих субъектов является получение максимальной прибыли, поэтому при выборе товара инвестиционного назна-чения покупатель отдаст предпочтение той модели, которая обеспечит мак-симальный прирост капитала, что и отражается в значении ЧТС.

Преимущество критерия «ЧТС» в том, что в нем комплексно отражаются технические, технологические, эксплуатационные, производственные, эко-номические ТЭП изделия. При определении ЧТС можно учитывать измене-ние ТЭП по мере старения изделия и динамику потребительских свойств то-вара в его жизненном цикле. Преимуществом является и тот фактор, что ЧТС может быть рассчитана с ранних этапов разработки, так как все необходимые для ее расчета данные входят в состав ТЗ.

В случае невозможности расчета чистой прибыли рассчитываются сово-купная стоимость владения изделием или УДЧР за весь период эксплуатации. УДЧР рассчитывается делением суммарных дисконтированных текущих и инвестиционных расходов на изделие на объем выполненной полезной ра-боты с применением данного изделия [8].

Для сравнительной оценки параллельно определяются показатели экономи-ческой эффективности ближайших конкурентных моделей – ЧТСк и УДЧРк. На первой ступени производится сравнение проектируемой модели с конкурен-тами по экономической эффективности. Если новая модель по критерию «экономическая эффективность» уступает конкурентам производится анализ и корректировка предварительно принятых в ТЗ ТЭП. Процесс выполняется циклически до тех пор, пока не достигнут желаемый результата по критерию «экономическая эффективность».

Экономическая эффективность является лишь одним из показателей каче-ства автомобилей [6, 8], поэтому на втором этапе производится сравнитель-ная оценка интегрального качества сравниваемых изделий с точки зрения потребителей. Под качеством изделия будем подразумевать совокупную ха-рактеристику его сущности, оцененную потребителем в конкретный момент времени в каком-либо сегменте рынка, проявляющуюся в превосходстве из-делия по своим свойствам аналогов за жизненный цикл, достигаемое за счет максимального удовлетворения потребностей человеческого общества при минимальном для него и природе ущербе.

При оценке качества учитываются целый ряд показателей изделия, кото-рые не учитывались при определении его экономической эффективности. В частности, при расчете коэффициента качества будут учтены показатели безопасности, надежности, экологичности, комфорта, транспортабельности, соответствия нормативным требованиям, готовности к эксплуатации, дизай-на, эстетичности, развитости сети сервиса, доступности запасных частей, комплектации. Коэффициент качества изделия и его конкурентов определя-ются на базе разработанного автором метода «профилей», использующего

438

такие методы, как декомпозиционно-агрегатный метод иерархически струк-турированных объектов, метод анализа иерархий Т. Саати [6, 9]. При усло-вии, если коэффициент качества проектируемого изделия больше, чем у кон-курентов, осуществляется сравнительной оценки по глобальному третьему критерию – коэффициенту конкурентоспособности. Если изделие по качеству уступает конкурентам, то необходимо произвести корректировку принятых в ТЗ ТЭП, прежде всего тех, которые хуже, чем у конкурентов.

Коэффициент конкурентоспособности интегрирует коэффициент качество и цену изделия, которая может быть определена применением одного из трех методов, изложенных в работе [9]. По величине коэффициента конкуренто-способности оцениваются рыночные перспективы разрабатываемого изделия, целесообразность освоения его серийного производства.

При выборе оценочных критериев был учтен то обстоятельство, что в системе оценки совершенства объектов на верхней ступени иерархии нахо-дится конкурентоспособность, а качество – на ступеньку ниже. «Экономиче-ская эффективность» является одним из комплексных показателей качества. В предлагаемой модели критерии, применяемые в вышестоящий ступени, органично сочетают в себе большинство корректируемых ТЭП, включенных в критерий нижестоящий ступени.

Данная модель является организационно-управленческим инструментом обеспечения конкурентоспособности разрабатываемого изделия с ранних этапов разработки. Принятые в ТЗ на основе данной модели способствуют обеспечению конкурентоспособности проектируемой модели, что достигает-ся благодаря соблюдению ряда правил:

– при выборе ТЭП изделия приоритет за требованиями потребителя; – предварительно принятые ТЭП рационализируются в три ступени. При-

чем переход на следующую ступень происходит только по достижению пре-восходства проектируемого изделия по критерию текущей ступени;

– итоговым критерием оценки является конкурентоспособность; – разработка изделия ведется с учетом перспективных показателей, кото-

рые будут достигнуты к началу освоения его производства; – ТЗ разрабатывается с учетом времени выхода новой модели на рынок. Основные процедуры и методы применения приведенного алгоритма

применительно к грузовым автомобилям опубликованы в работе [7]. Досто-верность описанного подхода формирования ТЗ изделия с ТЭП, обеспечи-вающими ему конкурентоспособность на выбранных сегментах рынка, под-тверждается полнотой и обстоятельностью анализа методов разработки технических изделий; корректностью выбора исходных допущений и огра-ничений при определении оценочных критериев новой модели и конкурен-тов; корректным применением теории систем и принципов разработки кон-курентоспособных изделий; адекватностью используемого алгоритма вы-бора параметров изделия исследуемой области; апробацией подхода на практике.

439

Результаты и их обсуждение Предложенный алгоритм формирования ТЭП изделия в ТЗ в целях обес-

печения его конкурентоспособности была апробирован при разработке ООО «КОМ» грузового развозного автомобиля К-43ХХ. Анализ рынка России и стран СНГ, изучение требований потребителей показали, что для целого ряда торговых организаций, почтовых служб, мелкооптовых фирм, предпри-ятий ЖКХ, снабженческо-сбытовых контор, ремонтно-эксплуатационных бригад, перерабатывающих предприятий, городских и коммунальных служб требуется развозной низкорамный автомобиль грузоподъемностью от 3 до 7,0 т. Интерес производителей к данной нише вполне понятен: подобных ав-тотранспортных средств для работы в городских условиях отечественная промышленность прежде не выпускала, тогда как потребность в них велика и продолжает расти с развитием торговли и малого бизнеса. Был спрогнози-рован спрос на городские развозные автомобили грузоподъемностью от 3 до 7 т в объеме около 30 тыс. шт. в год.

На момент принятия решения о разработке новой модели развозного авто-мобиля его конкурентами являлись такие модели, как КамАЗ-4308 (грузоподъ-емность 5,5 т), МАЗ-437040 (4,8 т), ГАЗ-3307, ГАЗ-3309, ГАЗ- 3310, DAFFALF45.220, MANLE 12.220, Mercedes-BensAtego1223L и Volvo FL 612L.

Разработке новой модели К-43ХХ предшествовали поисковые работы по изучению ТЭП отечественных и зарубежных развозных автомобилей средней грузоподъемности полной массой 8…12 т. Ближайшими конкурентами про-ектируемому автомобилю К-43ХХ в классе автомобилей грузоподъемностью от 4 до 6 т были признаны КамАЗ-4308 и МАЗ-437040, основные технические характеристики которых приведены в таблице 1.

Для обеспечения конкурентоспособности цена новой модели К-43ХХ должна была быть сопоставима с ценой наиболее дешевого конкурента МАЗ-437040. Цена автомобиля была предварительно рассчитана по регрессионной зависимости, полученной на основе многофакторного корреляционно-регрессионного анализа конкурентных развозных автомобилей [6].

По предварительно принятым ТЭП при одних и тех же условиях эксплуа-тации (табл. 2) с применением прикладной программы «Авто-инвест» были произведены расчеты экономической эффективности сравниваемых моделей за 8 лет эксплуатации.

Результаты расчета экономической эффективности показали, что с эконо-мической точки зрения в принятых условиях эксплуатации наиболее эффек-тивным является проектируемый автомобиль К-43ХХ (табл. 3). Грузовые автомобили являются товарами производственного назначения, их оценку производим по критерию чистая текущая стоимость. ЧТС у К-43ХХ оказа-лась на 135 тыс. руб. больше, чем у КамАЗ-4308 и на 167 тыс. руб. больше, чем у МАЗ-437040. Согласно данным таблицы 3, К-43ХХ и по другим эконо-мическим показателям превосходит конкурентов.

440

Таблица 1. Технические характеристики автомобиля К-43ХХ и его конкурентов (фрагмент) Технические характеристики

автомобилей КАМАЗ-4308 МАЗ-437040 К-43ХХ

Полная масса автомобиля, кг 11000 10100 10000

Грузоподъемность, кг 5500 4800 5500 Снаряженная масса, кг 5850 51500 4500

Модель двигателя CUMMINS В180 20 ЕВРО-2 Д-245.9ММЗ ЕВРО-2 CUMMINS В

145 20 ЕВРО-2

Тип двигателя Дизель с турбонаддувом

Дизель с турбонаддувом с промежуточным охлаждением

Дизель с турбонаддувом

Рабочий объем, л 5,90 4,75 4,60 Мощность, кВт (л.с.) 131 (178) 114 (155) 105 (145) Крутящий момент, Н ⋅ м 627 460 520 Число ступеней в КПП 6 5 5 Максимальная скорость,

км/ч 100 100 100

Контрольный расход топлива, л/100 км при V = 60 км/ч

18,0 18,5 17,5

Колесная база, мм 4200 4200 4400 Погрузочная высота, мм 1100 1150 1090

Таблица 2. Исходные данные для расчета экономической эффективности сравниваемых развозных автомобилей (фрагмент)

Показатель К-43ХХ КамАЗ-4308 МАЗ-437040 1. Грузоподъемность, q, кг 5500 5500 5000 2. Снаряженная масса, Gо, кг 4500 5500 5150 3. Полная масса, Gа, кг 10000 11000 10100 4. Номинальная мощность двигателя, Nе, кВт 105 131 114 5. Максимальная скорость, νmax, км/ч 100 100 100 6. Максимальный крутящий момент, Mmax, Н·м 520 627 550 7. Динамический фактор на 1-й передаче, Д 0,2349 0,4308 0,5180 8. Контрольный расход топлива, л/100 км 170 180 185 9. Коэффициент сопротивления качению, f 0,014 0,014 0,014 10. Коэффициент сопротивления дороги, ψ 0,25 0,25 0,25 11. Коэффициент учета рельефа местности, Kν 0,89 0,89 0,89 12. Коэффициент класса груза,γ 0,98 0,98 0,98 13. Коэффициент использования пробега,β 0,6 0,6 0,6 14. Пробег с грузом, Кгр, км 50 50 50 15. Время в наряде, Тн, ч 8,2 8,2 8,2

441

Окончание табл. 2 Показатель К-43ХХ КамАЗ-4308 МАЗ-437040

16. Число рабочих дней в году, Дк 300 300 300 17. Коэффициент использования мощности, аNmax 0,6 0,6 0,6 … … … … 41. Статический радиус колеса, rк, м 0,39 0,35 0,35

Таблица 3. Результаты расчета экономической эффективности развозных автомобилей

Показатель К-43ХХ КамАЗ-4308 МАЗ-437040 1. Чистая текущая стоимость, ЧТС, тыс. руб. 555 420 387 2. Удельные дисконтированные текущие расхо-

ды, УДЧР, руб./т·км 1,58 1,67 1,68

3. Рентабельность инвестиций, РИ 1,79 1,55 1,67 4. Внутренняя норма доходности, ВНД, % 51,34 44,3 48,29 5. Срок окупаемости, лет 3,0 3,5 3,2 6. Бюджетный эффект, тыс. руб. 806 741 679

Для сравниваемых автомобилей был осуществлен выбор номенклатуры

критериев качества и конкурентоспособности. Были приняты 50 показателей, которые по схожим признакам сгруппированы в 5 групп (табл. 4).

По алгоритму (рис. 2) [9], были рассчитаны коэффициенты качества для проектируемого автомобиля К-43ХХ и его конкурентов. Комплексные пока-затели качества каждой группы (табл. 4) рассчитывались методом «профи-лей» [6, 8, 9]. Коэффициенты весомости групп показателей рассчитывались методом анализа иерархий. Для этого была сформирована матрица парных сравнений (табл. 5). В роли экспертов выступили сотрудники кафедры «Ав-томобили и автомобильные перевозки» Камской государственной инженер-но-экономической академии.

Коэффициенты качества рассчитывались суммированием произведений групповых показателей качества и коэффициентов весомости групп. Резуль-таты расчета приведены в таблице 6. Как видно из таблицы, коэффициент качества проектируемого автомобиля больше, чем у конкурентов, и равен 0,678. Далее, согласно алгоритму (см. рис. 1) путем деления коэффициентов качества на цену автомобилей был определен коэффициент конкурентоспо-собности сравниваемых моделей. Наибольший коэффициент конкурентоспо-собности у проектируемого автомобиля К-43ХХ – 0,969 ⋅·10–5, 0,784 ⋅·10–5 – у МАЗ-4370 и 0,812 ⋅·10–5 – у КамАЗ-4308.

442

Таблица 4. Показатели качества развозных грузовых автомобилей Признак группы Показатель КамАЗ-4308 МАЗ-437040 К-43ХХ

1. Размерные

1. Длина, мм 7120 8050 6100 2. Высота, мм 3550 3550 3220 3. Ширина, мм 2550 2550 2550 4. Погрузочная высота, мм 1100 1150 1000 … … … … 22. Высота потолка, мм 1510 1100 1120

Итого по группе 0,59 0,64 0,63

3. Силовые

1. Снаряженная масса, кг 5500 5150 4500 2. Грузоподъемность, кг 5500 4800 5500 … … … … 9. Экологичность двигателя

(Евро-1 – 1, Евро-2 – 2) 2 2 2


3. Экономиче-ские

1. Расход топлива, л/100 км 18 18,5 17 2. Трудоемкость ТО

и ремонта, чел·ч*1000 км 3,1 3,3 3,3

… … … … 8. Объем топливного бака, л 170 130 125


4. Эргономика и дизайн

1. Количество регулировок рулевой колонки 0 0 2

2. Количество регулировок сидения 2 2 3

3. Диаметр рулевого колеса, мм 451 474 462

Итого по группе 0,25 0 0,88

5. Комплектация

1. АБС (нет-0, есть-1) 1 1 1 2. Спальник (нет-0, есть-1) 0 1 1 3. Количество зеркал

внешнего вида … … …

… 1 1 1 8. Наличие гидроусилителя

руля 1 1 1


443

Рис. 2. Алгоритм оценки качества сравниваемых изделий

Таблица 5. Матрица парных сравнений групп показателей качества развозных автомобилей

Группы показателей качества

Размер-ные Силовые Экономи-

ческие Эргономикаи дизайн

Комплек-тации

Коэффициенты весомости

1. Размерные 1 1/3 1/2 3/1 2/1 0,16 2. Силовые 3/1 1 2/1 5/1 4/1 0,42 3. Экономиче-

ские 2/1 1/2 1 4/1 3/1 0,26 4. Эргономики

и дизайна 1/3 1/5 1/4 1 1/2 0,06 5. Комплекта-

ции 1/2 1/4 1/3 2/1 1 0,10

444

Таблица 6. Показатели качества сравниваемых развозных автомобилей

Признак группы Коэффициент весомости КамАЗ-4308 МАЗ-437040 К-43ХХ

1. Размерные 0,16 0,59 0,64 0,63 2. Силовые 0,42 0,625 0,4 0,6 3. Экономические 0,26 0,71 0,38 0,69 4. Эргономики

и дизайна 0,06 0,25 0,0 0,88

5. Комплектации 0,1 0,57 0,86 0,93 6. Коэффициент качества, Кк 0,614 0,455 0,678 7. Цена, тыс. руб. на момент расчетов 756 580 700 8. Коэффициент конкурентоспособности, К 0,812·10–5 0,784·10–5 0,969·10–5

Заключение

Таким образом, при принятых в ТЗ ТЭП проектируемый автомобиль по всем трем критериям превосходит ближайших конкурентов. Следовательно, принятые ТЭП должны быть утверждены в ТЗ на проектирование. По утвер-жденному техническому заданию был разработан макет проектируемого ав-томобиля. Испытания макета подтвердили основные технические характери-стики, принятые в техническом задании. Однако проведенные доводочные испытания показали, что основной проблемой модели является кабина. Раз-работка и серийное производство новых кабин по финансовым проблемам не была осуществлена, и проектируемая модель не была доведена до серийного производства. Опыт создания новой модели развозного автомобиля показал, что трехступенчатая модель формирования ТЭП изделия при разработке тех-нического задания может быть вполне успешно применена при разработке новых изделий. Описанная модель и алгоритм ее реализации способствуют обеспечению конкурентоспособности проектируемого изделия, конкуренто-способность на выбранных сегментах рынка с ранних этапов разработки с минимальными трудовыми и материальными затратами. Предложенная модель выбора ТЭП изделия универсальна и может быть использована при разработке товаров как инвестиционного назначения, так и товаров широкого потребления.


1. Котлер, Ф. Новые маркетинговые технологии. Методика создания гениальных идей / Ф. Котлер, Ф. Триас де Без. – Санкт-Петербург : Нева, 2004. – 192 с.

2. Котлер, Ф. Основы маркетинга. – Москва : Влада, 1994. – 480 с. 3. Маркетинг инновационного процесса / Н. П. Гончарова, П. Г. Перерва [и др.]. –

Киев : ВИРА-Р, 1998. – 267 с. 4. Линн, Г. Блокбастеры. Сенсационные продукты – путь к успеху / Г. Линн,

Р. Рейли. – Москва :Транзиткнига, 2005. – 235 с. 5. Ламбен, Ж. Ж. Стратегический маркетинг. Европейская перспектива : пер. с фр. –

Санкт-Петербург : Наука, 1996.

445

6. Фасхиев, Х. А. Методика оценки качества автомобилей / Х. А. Фасхиев, А. В. Крахмалева // Маркетинг в России и за рубежом. – 2005. – № 4. – С. 86–93.

7. Фасхие, Х. А. Разработка технического задания на конкурентоспособный авто-мобиль / Х. А. Фасхиев, И. Ф. Шайхутдинов. – Набережные Челны : Изд-во Камской государственной инженерно-экономической академии, 2007. – 162 с.

8. Фасхиев, Х. А. Технико-экономическая оценка грузовых автомобилей при раз-работке / Х. А. Фасхиев, И. М. Костин. – Набережные Челны : Изд-во КамПИ, 2002. – 480 с.

9. Фасхиев, Х. А. Как оценить и управлять качеством и конкурентоспособностью товаров и услуг // Маркетинг в России и за рубежом. – 2014. – № 3. – С. 67–81 ; № 4. – С. 72–84.

446

УДК 629.113


[email protected]

Статическая и усталостная прочность балок управляемого моста автомобиля

На основе результатов дорожных испытаний напряженно-деформированного

состояния балки управляемого моста самосвала разработаны рекомендации по ее проектированию. Выявлены наиболее нагруженные зоны балки в условиях эксплуата-ции. Определены запасы прочности балки моста по изгибу и кручению, соотношения моментов сопротивления изгибу в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Ус-тановлен режим испытания и норма стендовой усталостной долговечности балки моста.

Ключевые слова: балка моста, грузовой автомобиль, прочность, изгиб, закручи-вание, эксплуатационные требования.


Одним из тяжелонагруженных несущих деталей грузовых автомобилей является балка переднего моста. К ней предъявляется целый ряд довольно жестких и противоречивых эксплуатационных требований: малый вес, высо-кая несущая способность, необходимая изгибная и крутильная жесткость для обеспечения точной управляемости автомобилем, статическая прочность, обеспечивающая отсутствие пластических деформаций и разрушений при воздействии максимальных эксплуатационных нагрузок, высокая долговеч-ность для обеспечения работы узла без усталостных повреждений в течение всего срока службы транспортного средства.

Балка переднего моста по критерию прочности характеризуется двумя по-казателями – максимальной нагрузкой по текучести и усталостной долговеч-ностью. При проектировании автомобиля расчетными методами можно оце-нить статическую прочность балки. Однако с усталостной долговечностью проблема гораздо серьезнее, так как у разработчика, с одной стороны, отсут-ствуют характеристики эксплуатационной нагруженности, с другой – харак-теристики усталостной прочности, причем обе эти характеристики имеют вероятностный характер и достаточно широкий диапазон разброса показате-лей. Практика показывает, что даже при наличии достоверно известных уста-лостных характеристик, законов распределения эксплуатационных нагрузок долговечность, полученная расчетным путем, может в 2…3 раза отличаться от эксплуатационной [1].

© Фасхиев Х. А., 2021

447

Нормы прочности балок передних мостов Одним из решений проблемы является разработка норм прочности балок

передних мостов по статическим напряжениям. При этом принятые нормы прочности по статическим нагрузкам должны обеспечивать необходимую надежность балки по критерию усталостная долговечность.

Балкам передних мостов по условиям управляемости предъявляются по-вышенные требования по изгибной и крутильной жесткости. Для обеспече-ния требуемой жесткости балки выполняют со значительными геометриче-скими размерами, и в результате амплитуды переменных изгибных напряже-ний даже в опасных сечениях не превышают значение предела выносливости. Кроме того, надо учесть, что балки мостов, как правило, изготавливают из высокопрочных среднеуглеродистых сталей. Они обязательно подвергаются к термической обработке. В результате балки мостов имеют предел текучести более 500 МПа, а предел усталостной выносливости – более 200 МПа. Мно-голетняя практика и опыт эксплуатации грузовых автомобилей показывают, что если балки мостов обеспечить необходимым запасом прочности по ста-тическим напряжениям изгиба и кручения по текучести, то они имеют необ-ходимый запас и по усталостной долговечности [2, 3]. В известных конст-рукциях автомобилей семейства КамАЗ, например, еще не было случая уста-лостного разрушения балки переднего моста, но при этом были случаи потери геометрической формы балок по причине их пластического деформи-рования [2]. Причем пластическая деформация балки, как правило, происхо-дит в горизонтальной плоскости. Причиной тому является удар одного из колес о вертикальное препятствие. Пластический изгиб в вертикальной плос-кости крайне редкое явление, и оно может произойти по причине провала переднего колеса загруженного автомобиля в выбоину при движении с высо-кой скоростью. Скручивание балок наиболее вероятно при торможении с юзом груженого автомобиля с одновременным ударом колеса о препятствие.

Вышесказанное дает повод утверждать, что нормы прочности балок пе-редних мостов необходимо принимать по горизонтальным и вертикальным изгибным напряжениям и по напряжениям кручения, так как пластическое деформирование балок приводит к нарушению управляемости автомобиля, повышению интенсивности изнашивания шин передних колес. За предель-ные значения статических напряжений должны быть приняты пределы мате-риала балки по нормальным и касательным напряжениям, и запасы прочно-сти должны устанавливаться относительно них, тогда будут соблюдаться и требования к балкам по усталостной долговечности.

Испытание на прочность балок переднего моста Для расчета запасов по статической прочности надо знать максимальные

значения эксплуатационных напряжений в опасных сечениях балки, и преде-лы текучести материала балки. В автостроении в целях унификации часто одними и теми же балками мостов комплектуется все семейство автомоби-

448

лей, несмотря на существенное различие у них осевых нагрузок. Поэтому нормы прочности должны быть разработаны на основе исследований напря-женно-деформированного состояния балок автомобилей, эксплуатирующих-ся в наиболее тяжелых условиях. В роли таковых рекомендуется принять строительные и/или карьерные самосвалы. Значительный пробег самосвалов происходит в условиях бездорожья, например, при строительстве дорог, где условия движения в корне отличаются от условий эксплуатации автомобилей на магистралях. Конструкции балок, разработанные для самосвалов, могут быть безболезненно распространены и на другие типы семейства.

Исследование напряженно-деформированного состояния балок передних мостов автомобилей семейства КамАЗ в эксплуатации исследовалось на се-рийно выпускаемом строительном самосвале грузоподъемностью 13 т. Но-минальная нагрузка на переднюю ось снаряженного самосвала по техпаспор-ту составляет 28,6 кН, а с грузом – 49,4 кН. Балка автомобиля изготовлена из стали 45Х методом ковки (σт = 750 МПа). Исследования деформаций на балке моста самосвала проводились на полигоне ФГУП ГНЦ «НАМИ». На иссле-дуемую балку были наклеены 16 тензодатчиков типа 2ПКБ10-200 (рис. 1). В качестве тензометрической и регистрирующей аппаратуры были использо-ваны шестиканальный тензоусилитель KWS/6А-5 и шлейфовый осциллограф К12-22. Записи деформаций проводились на полигоне ФГУП ГНЦ «НАМИ». Скорость движения автомобиля определялась исходя из дорожных условий. В частности на треке со сменными неровностями скорость самосвала равня-лась 10 км/ч, на «бельгийской мостовой» – 40 км/ч, торможение на асфальте производилось со скорости 70 км/ч до полной остановки автомобиля.

Максимальное напряжение на балке моста (табл. 1) наблюдаются с на-ружной стороны рессорной площадки на верхней полке двутавра (датчик 13) при торможении автомобиля. Максимальные напряжения сжатия в этой зоне доходят до 556 МПа. При статическом нагружении моста напряжения в этой зоне не превышают 86 МПа, т. е. коэффициент динамичности в зоне рессор-ной площадки на верхней полке двутавра доходит до 6,5. Напряжения в опасной зоне складываются из напряжений от вертикальных и горизон-тальных нагрузок, действия которых при торможении суммируются и созда-ют напряжения сжатия.

Исследования показали, что максимальные деформации растяжения на-блюдаются на нижней полке с передней стороны балки в зоне установки дат-чика 6. Это объясняется тем, что на этой зоне происходит суммирование де-формаций растяжения от вертикальных и горизонтальных нагрузок. При торможении груженого автомобиля максимальный коэффициент динамично-сти в этой зоне равнялся 4,2. На участке между рессорными площадками де-формации меньше, чем со стороны колеса по сечению Б-Б, что отмечается и Марголисом С. Я. [3].

449

Рис. 1. Схема наклейки тензодатчиков на балку переднего моста самосвала

грузоподъемностью 13 т

Четыре датчика, 7, 8, 11 и 12, которые расположены на верхней и нижней полках, фиксировали напряжения от сил, расположенных на вертикальной плоскости. В зависимости от типа дорог напряжения в этих датчиках увели-чивались относительно номинальных в 2…2,9 раза. Наибольший коэффици-ент динамичности от вертикальных нагрузок наблюдался при движении са-мосвала по «бельгийской мостовой» со скоростью 40…50 км/ч. Максималь-ное напряжение растяжения наблюдалось на нижней полке между рессорными площадками равное 297 МПа. Это объясняется воздействием кроме внешних сил инерционных нагрузок от массы самой балки. При дви-жении самосвала по «разбитой» грунтовой дороге суммарные напряжения от вертикальных и горизонтальных сил превышали статические напряжения от 2 до 4,5 раза.

Динамические коэффициенты нагруженности балки в ходе дорожных ис-пытаний самосвала определялись относительно статических напряжений только от вертикальной номинальной нагрузки. Как видно из таблицы 1, в наиболее нагруженной зоне (датчик 13) динамический коэффициент может

450

возрасти до 6,5. Отсюда вывод, что запас статической прочности по изгибу в вертикальной плоскости для строительных самосвалов должен быть не ме-нее 6,5. Данный запас прочности относится сечению в зоне рессорной пло-щадки. В этой зоне на нижней полке двутавровой балки суммируются ре-зультат растягивающегося воздействия вертикальных и горизонтальных сил.

Таблица 1. Результаты измерений максимальных напряжений балки переднего моста автомобиля КамАЗ-55111 грузоподъемностью 13 т, МПа

При проектировании размеры сечения балки в горизонтальной плоскости могут быть определены исходя из соотношения моментов сопротивления изгибу балки от вертикального и горизонтального изгибающего момента. Максимальные нагрузки на горизонтальной плоскости на балку моста на-блюдаются при торможении груженного автомобиля юзом и/или при столк-новении одного из колес вертикальным препятствием. Коэффициент сколь-жения шин на сухой асфальтобетонной дороге составляет пределах 0,32…0,50. Тогда на балку моста будет действовать горизонтальная сила, которая в 2…3 раза меньше чем вертикальная. Практика показывает, что мо-менты сопротивления изгибу у значительного числа конструкций балок мос-тов находятся именно в этих пределах (табл. 2).

Испытания автомобилей в условиях эксплуатации показывают [2, 3], что напряжения в горизонтальной плоскости в среднем составляют 50 % от вер-тикальных, но в отдельных случаях, например, при ударе колес о препятст-вие, могут достигать до 70 % от вертикальных напряжений. Исходя из анали-за нагруженности балок мостов в экстремальных дорожных условиях, можно

451

рекомендовать, что для автомобилей с осевой нагрузкой до 3 т отношение момента сопротивления изгибу в вертикальной плоскости (Wв) к моменту сопротивления изгибу в горизонтальной плоскости (Wг) в пределах 2…2,3, а для автомобилей с осевой нагрузкой выше 3 т – в пределах 2,3…2,7.

Таблица 2. Характеристики балок передних мостов некоторых типов автомобилей*

* При расчете моментов сопротивления изгибу балок не учтены штамповочные ук-

лоны. Измерения показали, что максимальные прогибы балок осей с вышепри-

веденными значениями соотношения моментов сопротивления сечения в вертикальной и горизонтальной плоскости под действием статической осе-вой нагрузки при полной массе автомобиля составляли от 1 до 1,5 мм на 1 м колеи колес.

Важным оценочным показателем прочности балки моста является также запас прочности по кручению, который определяется как отношение момента кручения по текучести к максимальному крутящему моменту балки, реализуе-мому при экстремальном торможении на сухой асфальтово-бетонной дороге. В литературе отсутствуют какие-либо данные запаса прочности по кручению балок мостов, поэтому были проведены экспериментальные исследования на кручение балок мостов автомобилей КамАЗ первых выпусков и модернизиро-ванных, балки которых изготовлены из стали 45 (σT = 700 МПа) и 45X (σT = = 720 МПа) соответственно. Предел текучести по кручению у балок из стали 45 находится в пределах 20…22 кН·м, а из стали 45Х –в пределах 25…26 кН·м, т. е. больше на 18 %. В эксплуатации балки из стали 45 на автомобилях КамАЗ-55111, осевая нагрузка которых 44,7 кН, в отдельных случаях имели пластиче-ские деформации от крутящего момента, приложенного на балку.

Максимальный крутящий момент, реализуемый тормозным устройством исследуемого самосвала, составлял 1500 кГ·м. При этом надо учесть, что,

452

если при торможении колеса ударяются о препятствие, крутящий момент существенно возрастает. Не исключается возможность пластического скру-чивания балки, что недопустимо. При изготовлении балки из стали 45 запас у него прочности по кручению равнялся 1,4. В эксплуатации у балок из стали 45 были случаи пластического деформирования от крутящего момента, по-этому для изготовления балок начали применять сталь 45Х. При этом запас прочности балки по текучести на кручение повысился до 1,7. Балки мостов из стали 45Х в эксплуатации показали высокую надежность, не было зафикси-ровано ни одного случая потери формы. Можно сделать вывод, что запас прочности балок по кручению должен быть в пределах 1,5…1,7. Необходимо отметить, что верхний предел запаса прочности рекомендуется для строи-тельных самосвалов, а нижний – для магистральных автомобилей.

Балки мостов, как и все остальные несущие детали автомобиля, при экс-плуатации подвергаются случайным переменным нагрузкам, поэтому целе-сообразно разработать для них нормы и по усталостной прочности. Проблема разработки норм усталостной долговечности в том, что на этапе разработки отсутствуют сведения об эксплуатационной нагруженности балок перемен-ными во времени нагрузками. Кроме того, подтверждение соответствия изде-лия требованиям по усталостной долговечности требует значительных вре-менных и материальных затрат, а числовое моделирование не всегда удовле-творяет требованию достоверности расчетов. Наиболее достоверная оценка долговечности детали может быть получена на этапе доводки автомобиля по данным режимометрирования в дорожных условиях и лабораторных испыта-ний по их результатам с целью определения усталостной долговечности. Ус-талостные испытания балок по результатам дорожного режимометрирования длятся долго и не всегда дают желаемый результат. Дело в том, что амплиту-да переменных напряжений даже в наиболее нагруженных зонах, как прави-ло, меньше амплитуд напряжений, соответствующих пределу выносливости балки моста. По этой причине при стендовых испытаниях не происходят ус-талостные разрушения, т.е. невозможно установить долговечность детали.

Проблема проверки детали на соответствие требованиям усталостной долговечности может быть решена путем его ускоренных испытаний под воздействием повышенных регулярных переменных нагрузок. Величину ам-плитуд нагрузок можно увязать с номинальной нагрузкой на мост. Проведя таким образом усталостные испытания успешно зарекомендовавших себя в эксплуатации конструкций и вновь спроектированных, можно сделать вы-вод об их соответствии эксплуатационным требованиям.

Испытания балок мостов самосвала с грузоподъемностью 3 т в дорожных условиях было установлено, что амплитуда переменных напряжений в опас-ных зонах при экстремальном торможении не превышает 556 МПа (датчик 13). На неровной дороге амплитуда напряжений в этой зоне достигают 260 МПа. Режимометрические дорожные испытания показали, что коэффи-циент динамичности даже на самых наиболее нагруженных зонах на балках

453

передних мостов не превышает значение 2,5. Кстати, в работе [3] при испы-тании балок ведущих и не ведущих передних мостов были получены анало-гичные результаты. С целью максимального ускорения усталостные испыта-ния балок мостов рекомендуется проводить под нагрузкой в 2,5 раза превы-шающей номинальную статическую нагрузку на мост. При усталостных испытаниях нулевая циклическая нагрузка с частотой в 7 Гц прилагается на рессорные площадки балки моста, т. е. как и в реальной конструкции. Опи-санный режим нагружения при стендовых испытаниях соответствует наибо-лее тяжелому нагружению балки моста самосвала в условиях эксплуатации. Тем самым происходит максимальное ускорение испытаний. Физические процессы накопления усталостных повреждений при ускоренных стендовых испытаниях и в эксплуатации должны быть идентичными. Для этого испыта-ния балок мостов проводится в сборе. При испытании на поворотные кулаки «надевают» специальные башмаки с закругленной опорной поверхностью. Башмаки опираются на металлические масляные ванны, которые неподвижно закреплены на раме стенда, оснащенного гидравлическими пульсаторами. В НТЦ ПАО «КамАЗ», в роли нагружающего устройства, например, исполь-зуют гидропульсаторы фирмы PZA (Германия) [4].

С целью проверки усталостной долговечности балок мостов 13-тонного самосвала были проведены усталостные испытания шести балок, 3 из кото-рых были изготовлены из стали 45 ГОСТ 1050-88 и 3 – из стали 45Х ГОСТ 4543-71. Исходя из номинальной статической нагрузки на балку, равной 44,8 кН, был определен размах амплитуды отнулевой циклической нагрузки - 112 кН. Максимальное значение напряжения растяжения на нижней полке под рессорной площадкой балки при испытаниях составляло 306 МПа.

Усталостные испытания показали (табл. 3), что долговечность балок мос-тов до разрушения составляет от 1,4·106 до 1,6·106 циклов. Полученные ре-зультаты довольно высокие, что объясняется тем, что у материалов, которые применяются для изготовления балок, имеют предел выносливости 320…420 МПа, а амплитуда переменных напряжений даже в опасных зонах от прило-женных при испытании нагрузок обычно меньше этих величин. Обычно дол-говечность балок мостов существенно больше ресурса автомобиля до списа-ния, на что указывает и автор работы [3]. Можно утверждать, что при обес-печении требуемой жесткости и запасов прочности по напряжениям изгиба и кручения балки передней оси, она будет обладать и достаточной усталостной долговечностью.

Разрушения всех 6 балок произошли по наиболее нагруженному сечению с концентратором напряжений – по сечению наружных отверстий под стре-мянки рессор (рис. 2). Трещины образовалась на нижней полке в зоне суже-ния балки под стремянки. В ходе дорожных испытаний именно в этой зоне и были зафиксированы максимальные напряжения растяжения. Было также установлено, что долговечность балок у сталей 45 и 45Х практически одина-ково.

454

Таблица 3. Результаты усталостных испытаний балок передних мостов автомобиля КамАЗ-55111

Материал балки № образцаЧисло циклов до разрушения,

N·10–6 Место разрушения

Сталь 45 (σт = 710 МПа)

1 2 3

1,59 1,47 1,50

По отверстию под стремянки (рис. 2) - //- - //-

Сталь 45Х (σт = 750 МПа)

4 5 6

1,45 1,61 1,56

- //- - //- - //-

Рис. 2. Место разрушения балки переднего моста при усталостных испытаниях

Практика проектирования и эксплуатации балок мостов показывает, что если балки мостов при ускоренных испытаниях вышеприведенной методики имеют долговечность более одного миллиона циклов, то они в эксплуатации за весь срок службы не разрушаются под воздействием переменных во вре-мени нагрузок. Следовательно, долговечность в 1·106 циклов под цикличе-ской нагрузкой в 2,5 раза превышающей номинальную статическую нагрузку на мост может быть принята как норма усталостной прочности балок перед-них мостов.

Выводы 1. Работоспособность в эксплуатации балок управляемых мостов, изго-

товленных из термически обработанных среднеуглеродистых сталей, опреде-ляется запасами прочности по статическим напряжениям изгиба и кручения. Балка моста, которая удовлетворяет требованиям исключения пластических

455

деформаций под экстремальными нагрузками в эксплуатации, будет соответ-ствовать требованиям и по усталостной долговечности.

2. Критериями прочности балок мостов являются запасы прочности по напряжениям изгиба и кручения, определенные из условия исключения пла-стических деформаций. Запас прочности балок управляемых мостов по на-пряжениям изгиба в вертикальной плоскости рекомендуется принимать не менее 7, а по кручению – 1,5...1,7. Для автомобилей с осевой нагрузкой до 3 т отношение момента сопротивления изгибу в вертикальной плоскости к мо-менту сопротивления изгибу в горизонтальной плоскости рекомендуется принимать в пределах 2…2,3, а для автомобилей с осевой нагрузкой выше 3 т – в пределах 2,3…2,7. Балка, сконструированная по этим нормам прочности, как правило, удовлетворяет требованиям по жесткости и усталостной долго-вечности.

3. Максимальные прогибы балок осей с вышеприведенными значениями соотношения моментов сопротивления сечения в вертикальной и горизон-тальной плоскости под действием статической осевой нагрузки при полной массе автомобиля не должны превышать 1,5 мм на 1 м колеи колес.

4. Балка моста из термически обработанной среднеуглеродистой стали, изготовленный с соблюдением вышеприведенных требований норм статиче-ской прочности при испытании под циклической нагрузкой в 2,5 раза пре-вышающей номинальную нагрузку на мост, имеет усталостную долговеч-ность более 1·106 циклов, что достаточно для надежной эксплуатации балки моста за весь срок службы автомобиля.

5. Рекомендованные нормы прочности могут быть скорректированы с учетом условий эксплуатации автомобиля, применяемых материалов, тре-бований его надежности.


1. Серенсен, С. В. Несущая способность и расчеты на прочность деталей машин. – Москва : Машиностроение, 1975. – 488 с.

2. Старк, Д. А. Конструирование и испытание большегрузных автомобилей и тя-желых тракторов // Автомобильная промышленность США. – 1979. – № 2. – C. 21–27.

3. Марголис, С. Я. Мосты автомобилей и автопоездов. – Москва : Машинострое-ние, 1983. – 160 с.

4. Фасхиев, Х. А. Разработка норм прочности балок передних мостов грузовых ав-томобилей // Вестник УГАТУ. – 2014. – Т. 18, № 3. – С. 106–111.

456

УДК 621.785.545

С. К. Федоров, доктор технических наук, профессор Д. В. Гаврилов, студент

Московский государственный технический университет имени Н. Э. Баумана [email protected]

Повышение долговечности деталей электромеханической обработкой

Работа направлена на разработку технологии восстановления и упрочнения от-

верстий стрел дорожно-строительной техники методом электродуговой наплавки, механической обработки резанием и финишной электромеханической обработки. Приведены оборудование и инструменты для электромеханической обработки, при-меняемые при исследованиях. Составлена схема электромеханической поверхностной закалки отверстий, приведены результаты металлографических исследований структуры и результаты износных испытаний образцов из стали 40Х до и после электромеханической обработки.

Ключевые слова: стрела дорожно-строительной техники, электромеханическая обработка, поверхностная закалка, упрочнение, отверстие.

Введение

Неотъемлемой частью конструкции экскаваторов, погрузчиков и другой дорожно-строительной техники является стрела. Большинство машин выхо-дят из строя из-за износа поверхности стрелы в соединении «отверстие-ось (палец)», что связано с низкими эксплуатационными свойствами поверхност-ного слоя отверстий. Износ вызывает нарушение соосности отверстий стрелы и люфт в соединении.

Для предотвращения появления износа следует повышать твердость по-верхности отверстий и не допускать загрязнения соединения.

Одним из перспективных методов восстановления и повышения износо-стойкости соединений является применение электродуговой наплавки, меха-нической обработки резанием и финишной электромеханической обработки. Такое решение позволяет восстановить геометрические параметры отвер-стий, увеличить твердость и повысить износостойкость деталей. Это способ-ствует повышению надежности машины, ее ресурса и эффективности работы.

Электромеханическая обработка отверстия Электромеханическая обработка (ЭМО) – это вид поверхностной обра-

ботки деталей, основанный на одновременном термическом и силовом воз-действии на поверхностный слой обрабатываемой детали. В результате зна-

© Федоров С. К., Гаврилов Д. В., 2021

457

чительно изменяются физико-механические свойства поверхностного слоя, повышается износостойкость и микротвердость [1].

Сущность электромеханической обработки заключается в том, что в про-цессе обработки через место контакта инструмента с отверстием детали прохо-дит ток большой силы и низкого напряжения. При этом происходит локальный нагрев зоны обработки детали до температуры фазовых превращений, вследст-вие чего выступающие микронеровности изделия, под термомеханическим воздействием инструмента, деформируются и сглаживаются, а поверхностный слой металла закаливается [2].

Одна из распространенных технологий восстановления отверстий стрел дорожно-строительной техники включает в себя подготовку поверхности, установку и центровку вала расточно-наплавочного комплекса, предвари-тельную расточку, наплавку, черновую и финишную расточки. Представлен-ная в работе технология восстановления отверстий с целью повышения изно-состойкости и увеличения срока службы деталей включает закалку отверстия методом электромеханической обработки (рис. 1).

Рис. 1. Блок-схемы процессов восстановления отверстий деталей

458

Основными направлениями практического применения оборудования и технологии ЭМО являются:

• электромеханическая поверхностная закалка; • отделочно-упрочняющая ЭМО; • оделочно-упрочняющекалибрующаяЭМО; • упрочняющее электромеханическое восстановление; • комбинированные способы обработки. Электромеханическая поверхностная закалка (ЭМПЗ) – один из способов

обработки заготовок концентрированными потоками энергии, формирующи-ми высокие показатели качества поверхностного слоя деталей из стали.

При ЭМПЗ наибольшее влияние на формирование структуры и, как след-ствие, свойств поверхностного слоя деталей оказывает температура в зоне контакта инструмент – поверхность проходящим электрическим током в ре-зультате преобразования электрической энергии в тепловую [3].

Являясь одним из способов контактной обработки заготовок концентри-рованным источником электрической энергии, ЭМПЗ характеризуется спе-цифическими особенностями. При ЭМПЗ нагрев – выдержка – деформирова-ние – охлаждение осуществляются в закрытой зоне термомеханического кон-такта инструмент – заготовка за сотые доли секунды. Температура в зоне обработки достигает 1000…1100 °С и более [4].

При ЭМПЗ наибольшее влияние на формирование структуры и, как след-ствие, свойств поверхностного слоя деталей оказывает температура в зоне контакта инструмент – поверхность, проходящим электрическим током Q в результате преобразования электрической энергии в тепловую[5].

Для сокращения времени термического воздействия и уменьшения непро-изводственных потерь электрической энергии при электромеханической по-верхностной закалке разработано двухроликовое приспособление, которое позволяет производить нагрев только контактной зоны детали без термиче-ского воздействия на остальные участки (рис. 2).

Условия и методика испытаний ЭМО выполняли на токарно-винторезном станке 16К20 дополнительно

оборудованном установкой и приспособлениями для электромеханической обработки. Исследования и испытания выполнены на образцах из стали 40Х в исходном состоянии и после ЭМПЗ.

Испытания на износ образцов выполнены на машине трения ИИ-5018 (рис. 3) по схеме диск – колодка. Каждый образец взвешивался до и после испытаний на аналитических весах ВЛА-200М с точностью 0,0001 г. Перед взвешиванием образцы протирали спиртом и сушили в муфельной печи при температуре 60 оС. На ведущем валу 3 машины трения устанавливается ролик 2, над роликом 2 устанавливают заранее взвешенную втулку 1, испытуемые образцы смазываются установленной под роликом 2 ванночкой с маслом 5. Нагружают пару трения устройством 4, образцам задается относительное

459

перемещение, после испытаний определяют массовый износ образцов, взве-шивая фрагмент втулки 1 и ролик 2.

Рис. 2. Принципиальная схема электромеханической поверхностной закалки отвер-стия: 1 – трехкулачковый самоцентрирующий патрон; 2 – заготовка; 3 – ролик токоподводящий; 4 – обработанная поверхность; 5 – шины токоподводящие; 6 – установка ЭМО; 7 –ролик инстру-ментальный; 8 – державка телескопическая; 9 – резцедержатель

Рис. 3. Принципиальная схема машины трения и фрагмент испытаний

Исследования микроструктур исходного и упрочненного образцов прово-дили на микроскопе GX-51 фирмы OLYMPUS. Исследование микротвердо-сти упрочненной поверхности образцов проводили твердомером МЕТ-У1 при последовательном точении заготовки по диаметру.

460

Анализ результатов исследований и выводы Исходная сталь 40Х имела ферритно-перлитную структуру. После ЭМПЗ

поверхность упрочненного слоя иметь мартенситную структуру при наличии аустенита остаточного.

В результате ЭМПЗ твердость исполнительных поверхностей образцов из стали 40Х составила до 6600HV МПа, глубина закаленного слоя – до 1,6 мм (рис. 5).

Рис. 4. Микроструктура поверхностного слоя стали 40Х (400:1):

а – до упрочнения; б – после ЭМПЗ

Рис. 5. Зависимости микротвердости от глубины

после ЭМПЗ образцов из стали 40Х

461

Сравнительный анализ образцов после испытаний (рис. 6) показал: 1. Износостойкость колодки после ЭМПЗ в 1,9 раз выше, чем у неупроч-

ненной колодки. 2. Износостойкость диска после ЭМПЗ в 3,2 раза выше, чем у неупроч-

ненного диска.

Рис. 6. Сравнительный анализ износа образцов после испытаний

Электромеханическая обработка обеспечивает: возможность получения мартенситной структуры и повышение твёрдости поверхностного слоя ста-лей; увеличение износостойкости поверхностей; повышение предела вынос-ливости на 30…80 %; повышение прочности на 8…15 %; отсутствие окисле-ния и обезуглероживания поверхностного слоя; отсутствие коробления дета-лей; снижение себестоимости изготовления деталей в 2...4 раза; закалку на воздухе и без применения охлаждающих жидкостей; экологичность и элек-тробезопасность обработки.

Заключение Проведенными исследования установлено, что технология восстановле-

ния и упрочнения отверстий стрелы экскаватора ЭМПЗ является перспектив-ной, так как позволяет увеличить износостойкость детали, повысить надеж-ность и ресурс работы машины.

Конкурентной особенностью технологии ЭМПЗ является возможность гибкого управления параметрами скоростного контактного электронагрева и одновременного термопластического деформирования материала поверх-ностного слоя с целью формирования уникальных быстрозакаленных струк-тур, изменения микрогеометрии и текстуры волокон металла поверхности, уменьшения размера зерна.

462


1. Аскинази, Б. М. Упрочнение и восстановление деталей машин электромеханиче-ской обработкой. – 3-е издание, переработанное и дополненное. – Москва : Машино-строение, 1989. – 197 с.

2. Федоров С. К., Федорова Л. В. Электромеханическая обработка / С. К. Федоров, Л. В. Федорова // РИТМ. – 2012. – № 2 (70). – С. 14–16.

3. Alekseeva, J.S., Fedorova, L.V., Fedorov, S.K., Kapustin, I.N. Improving the quality of the surface layer of steel parts. Proc. of 5th International Mechanical Engineering Forum (IMEF), 2012 Prague, Czech Republic, pp. 65-74.

4. Технологические основы повышения износостойкости деталей электромехани-ческой поверхностной закалкой / Л. В. Федорова, С. К. [Федоров и др.] // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. – 2017. – № 9. – С. 85.

5. Елагина, О. Ю. Технологические методы повышения износостойкости деталей машин : учебное пособие. – Москва : Логос, 2009. – 488 с.

463

УДК 629.3.01

Е. А. Хохрякова, магистр; И. А. Торохов, студент; И. А. Зорин, студент Н. М. Филькин, доктор технических наук, профессор Ижевский государственный технический университет


Направления повышения скоростных свойств и производительности грузовых автомобилей

Выполнен информационный обзор способов повышения скоростных свойств

и производительности грузовых автомобилей. Задача работы – проанализировать динамические устройства и сравнить степень их влияния на скоростные свойства и производительность грузовых автомобилей. Проведены расчеты влияния высоты кабины грузового автомобиля на производительность грузового автомобиля. На ос-новании полученных расчетов сделан вывод об улучшение обтекаемости головной части грузового автомобиля за счет применения кабины увеличенной высоты.

Ключевые слова: коэффициент обтекаемости, аэродинамическое сопротивление, годовая производительность грузового автопоезда.

Введение

В современных условиях значительная часть грузооборота между города-ми и странами обеспечивается автопоездами, и если грузовые автомобили в городах передвигаются относительно медленно, то на магистралях их ско-рость соизмерима со скоростью легковых автомобилей. Поэтому снижение аэродинамического сопротивления – весьма важная задача, поскольку каж-дые 2 % снижения лобового сопротивления автомобиля – это 1 % улучшения топливной экономичности. При создании универсального грузового автомо-биля стараются получить возможно больший объем для размещения груза при минимальной площади, занимаемой автомобилем на дороге, а поскольку часть этой площади приходится на двигатель и кабину, естественно, что ку-зов получается высоким. Возможности улучшения аэродинамики грузового автомобиля и автопоезда, предназначенного для движения с большой скоро-стью, ограничены оптимизацией деталей и применением различных наклад-ных элементов.

Основные виды транспорта, конкурирующие между собой, – автомобиль-ный, железнодорожный, водный (морской и речной), воздушный и трубопро-водный. Значительную часть перевозок выполняет автомобильный транс-порт. Например, в Российской Федерации в 2018 г. автомобильным транс-портом перевезено грузов 5544 млн т, грузооборот транспорта составил

© Хохрякова Е. А., Торохов И. А., Зорин И. А., Филькин Н. М., 2021

464

259 млрд т ⋅ км, перевезено пассажиров 10912 млн чел. Для сравнения эти показатели для железнодорожного транспорта соответственно: 1411 млн т, 2598 млрд т ⋅ км, 1160 млн чел.

Результаты сравнения автомобильного и железнодорожного транспорта показали, что количество грузов, перевезенных автомобильным транспортом, почти в 4 раза больше, а грузооборот в 10 раз меньше. Это связано с более короткими расстояниями (дальность перевозки), на которые перемещается груз автомобильным транспортом, что характерно и для пассажирских пере-возок. За последние 10 лет грузооборот железнодорожным транспортом воз-рос примерно на 40 %, а автомобильного – на 45 % [1].

Обтекаемость грузового автомобиля и его технико-эксплуатационные показатели

Грузовые автомобили и автопоезда относятся к числу плохо обтекаемых автотранспортных средств. При этом если плохая обтекаемость грузового автомобиля из-за невысоких скоростей движения сравнительно мало влияет на его технико-эксплуатационные показатели, то применительно к высоко-скоростным магистральным автопоездам ее влияние становится определяю-щим в борьбе за повышение их топливной экономичности, безопасности, динамичности, эргономичности и экологичности.

Типичным для магистральных автопоездов с высокими кузовами является наличие значительного превышения кузова над кабиной, достигающего 1 м и более. Большого (1…2 м) зазора между кузовами в сочетании с незакруг-ленными или закругленными малым радиусом фронтальными кромками ка-бины и кузова. Наблюдается значительное, составляющее в зависимости от типа и степени загрузки автопоезда от 0,5 до 0,7 м расстояние от переднего бампера до поверхности дороги. Воздействие перечисленных факторов суще-ственно снижает уровень обтекаемости автопоезда, поскольку появляются обширные зоны повышенного и пониженного давления, а из-за срыва погра-ничного слоя на фронтальных кромках кабины и кузова возникают энергоем-кие отрывные течения, имеющие ярко выраженную вихревую структуру.

Сила сопротивления воздуха Pw перемещающегося в воздушной среде те-ла складывается из силы давления встречного потока воздуха, силы, созда-ваемой разряжением за транспортным средством (ТС), и силы трения воздуха о поверхность ТС. Значение силы сопротивления воздуха, которая зависит от лобовой площади автомобиля, его формы, скорости движения и плотности воздуха, определяется по формуле [2]

2 ,w w wP F K V= (1)

где Fw – площадь проекции ТС на плоскость, перпендикулярную к его про-дольной оси (лобовая площадь ТС), м2; Kw – коэффициент сопротивления

465

воздуха, зависящий от формы ТС, качества отделки его поверхности и атмо-сферных условий, кг/м3; V – скорость движения ТС, м/с.

Действительный коэффициент сопротивления воздуха зависит от плотно-сти воздуха, следовательно, от барометрического давления и температуры.

Поэтому часто для расчета сопротивления воздуха движению ТС исполь-зуют коэффициент обтекаемости Сх, который характеризует только форму ТС. Коэффициент сопротивления воздуха Kw ТС связан с коэффициентом обтекаемости Сх соотношением Kw = 0,5Схρ, где ρ – плотность воздуха, кг/м3 (для нормальных атмосферных условий ρ = 1,25 кг/м3).

Большое количество грузооборота междугороднего и грузооборота между европейскими странами осуществляется седельными автопоездами. На маги-стральных автодорогах седельные автопоезда двигаются со скоростью 70…110 км/ч. Высокие скорости движения повышают актуальность задачи снижения аэродинамического сопротивления, так как в соответствии с фор-мулой (1) сила сопротивления воздуха зависит от квадрата скорости, а тре-буемая мощность двигателя на преодоление этой силы – от куба скорости.

Влияние конструктивных особенностей автомобиля на аэродинамическое сопротивление, расход топлива, выполненную работу и эксплуатационную скорость

Конструктивные особенности грузовых автомобилей и седельных автопо-ездов усложняют задачу улучшения аэродинамического сопротивления. Од-нако направления решения этой задачи известны [3]:

– устранение разницы высот кабины и кузова (седельного полуприцепа); – уменьшение расстояния (зазора) между кабиной, кузовом (седельным

полуприцепом) и прицепом; – уменьшение потока воздуха под автомобилем и устранение взаимодей-

ствия потока с элементами ходовой части; – улучшение обтекаемости передней части кабины для обеспечения рас-

секания встречного потока воздуха; – устранение вихреобразования и зон отрицательного давления за автомо-

билем; – уменьшение влияния боковых потоков воздуха на ходовую часть; – уменьшение вихреобразования между кузовом и прицепом. Известно, что путем применения аэродинамических обтекателей у грузо-

вых автомобилей и автопоездов можно снизить расход топлива до 5…7 %, а при создании специальных обтекаемых кабин и кузовов – до 15…30 % [3]. Даже с учетом прогрессивных конструктивных решений, реализованных при создании различных моделей седельных автопоездов в последнее время, ре-зерв повышения технико-эксплуатационных показателей тягово-скоростных свойств и топливной экономичности путем уменьшения аэродинамического сопротивления далеко не исчерпан.

466

Большой комплекс экспериментальных и теоретических исследований показал, что снижение аэродинамического сопротивления на 4 % соответст-вует уменьшению расхода топлива примерно на 1 % [4, 5]. Возможное сни-жение аэродинамического сопротивления транспортных средств не менее чем на 20 %, как отмечено выше, позволит повысить топливную экономич-ность до 5 % и более.

Наряду с уменьшением расхода топлива снижение аэродинамического со-противления:

– повышает производительность автотранспортных средств за счет увели-чения эксплуатационной скорости седельного автопоезда;

– улучшает устойчивость движения и управляемость; – снижается аэродинамический шум и загрязнение автопоезда; – уменьшает влияние грязевых потоков на безопасность транспорта, дви-

гающегося по полосам встречного и попутного направлений. Повышение годовой выполненной седельным автопоездом транспортной

работы ΔWгод в тонно-километрах необходимо рассчитывать по следующей формуле:

ΔWгод = DкαвγгβпTн Gгр Vэ Gгр Vэ , (2)

где к = 365 – число календарных дней в году; αв = 0,72 – коэффициент ис-пользования парка (по статистическим данным); γг = 0,67 – среднее значение коэффициента использования грузоподъемности ; βп = 0,75 – среднее значе-ние коэффициента использования пробега; н = 9,2 ч – среднее время нахож-дения в наряде (по статистическим данным); гр , гр – грузоподъемности седельного автопоезда соответственно после и до снижения аэродинамиче-ского сопротивления, в т; э , э – средняя эксплуатационная скорости се-дельного автопоезда соответственно после и до снижения аэродинамического сопротивления, в км/ч.

Средняя эксплуатационная скорость повышается за счет уменьшения аэ-родинамического сопротивления седельного автопоезда при неизменной ве-личине перевозимого груза. Уменьшение затрат мощности двигателя на аэ-родинамическое сопротивление можно использовать для повышения произ-водительности седельного автопоезда путем увеличения перевозимого груза, возможно увеличивать объемов полуприцепов и прицепов без увеличения общей длины седельного автопоезда путем обоснованного уменьшения рас-стояния между кабиной, кузовом (седельным полуприцепом) и прицепом.

Проведенные исследования показали, что имеется резерв повышения топ-ливной экономичности седельных автопоездов до 5 % и более при одновре-менном повышении их производительности, улучшении устойчивость дви-жения и управляемости, снижении аэродинамического шума, уменьшении влияния грязевых потоков на загрязнение автопоезда и на безопасность транспорта, двигающегося по полосам встречного и попутного направлений.

467


1. Федеральная служба государственной статистики: Транспорт. – URL : https://www.gks.ru/folder/23455?print=1# (дата обращения: 21.01.2021). – Текст : элек-тронный.

2. Умняшкин, В. А. Теория автомобиля : учебное пособие / В. А. Умняшкин, Н. М. Филькин, Р. С. Музафаров. – Ижевск : Регулярная и хаотическая динамика, 2006. – 230 с.

3. Петрушов, В. А. Мощностной баланс автомобиля / В. А. Петрушов, В. В. Мос-ковкин, А. Н. Евграфов ; под общей редакцией В. А. Петрушова. – Москва : Машино-строение, 1984. – 160 с.

4. Евграфов, А. Н. Методологические основы аэродинамического проектирования магистральных автопоездов : дис. … д-ра техн. наук : 05.05.03 – Колесные и гусенич-ные машины. – Москва, 2000. – 360 с.

5. Кондрашкин, А. С. Для улучшения топливно-скоростных показателей легкового автомобиля / А. С. Кондрашкин, В. А. Умняшкин, Н. М. Филькин // Автомобильная промышленность. – 1987. – № 1. – С. 11–13.

468

УДК 082.1

А. В. Чепернатый, студент А. П. Петров-Рудаковский, кандидат экономических наук, доцент Белорусский государственный университет транспорта, Гомель

[email protected]

Экосистема цифровых транспортных коридоров Евразийского экономического союза

Рассмотрена концепция создания экосистемы цифровых транспортных коридо-

ров в рамках ЕАЭС. Изложены основные понятия и элементы, входящие в систему цифровых транспортных коридоров, а также выделены преимущества данной эко-системы.

Ключевые слова: цифровизация, цифровые транспортные коридоры, таможен-ные органы, Евразийский экономический союза, информационные технологии.

Введение

На данный момент мир находится на современном этапе развития, и про-гресс не стоит на месте. Этим обуславливается появление новых технологий как в жизни общества, так и в жизни государства. Внедрение новых техноло-гий и цифровых информационных систем затрагивает такие сферы, как про-мышленность, медицина, образование, строительство и, конечно, транспорт. Именно цифровизация транспортных систем является одной из приоритет-ных задач в рамках Евразийского экономического союза. Так, на данный мо-мент, система цифровых транспортных коридоров является приоритетным направлением в развитии транспортной отрасли всех стран – участниц ЕАЭС. Данная система призвана для формирования рынка транспортных услуг и единого транспортного пространства ЕАЭС.

Сервисы и цифровые структуры ЦТК Цифровые транспортные коридоры (ЦТК) – это цифровая платформа,

предназначенная для обмена информационными ресурсами между участника международных транспортных коридоров (МТК) в целях формирования еди-ного цифрового пространства с целью повышения эффективности цепочек поставок, а также формирования широкого спектра услуг.

Экосистема цифровых транспортных коридоров ЕАЭС – это открытая цифровая среда обмена логистической информацией, включающая большое количество цифровых платформ и информационных систем, владельцами и (или) операторами которых могут являться как бизнес, так и органы госу-дарственной власти.

© Чепернатый А. В., Петров-Рудаковский А. П., 2021

469

Данная экосистема способствует формированию информации о транспорт-ных средствах, грузах, сопроводительных и разрешительных документах [1].

Сегодня в ЕАЭС существует множество цифровых платформ и информа-ционных технологий, однако экосистема цифровых транспортных коридоров (ЭЦТК) позволит объединить такие платформы и технологии в единый сег-мент, а также внедрить новые проекты и сервисы, для упрощения грузопере-возок на каждом этапе. Такие проекты можно назвать пилотными.

Можно выделить наиболее значимые на данный момент пилотные проекты: – сервис по планированию маршрута с учетом действующих ограничений,

включая характеристики транспортного средства; – внедрение навигационных пломб; – создание беспилотных транспортных средств и зон для движения такого

транспорта [2]. 23 ноября 2020 г. в Минске на заседании ЕЭК был утвержден перечень

сервисов и цифровых структур, которые должны быть реализованы для фор-мирования ЭЦТК ЕАЭС. В соответствии с таким перечнем, который уста-новлен Распоряжение ЕЭК № 29 «О перечне сервисов и цифровых структур, реализуемых в целях формирования экосистемы цифровых транспортных коридоров Евразийского экономического союза», срок реализации большин-ства сервисов и структур установлен на конец 2021 и середину 2022 г. Одна-ко это не заключительная версия перечня, предполагается ежегодная работа по актуализации и обновления сервисов и цифровых структур государствами – членами ЕАЭС.

Экосистема, по предварительной оценке, сформируется к 2025 г. Если рассматривать все этапы формирования системы ЦТК, то она выглядит сле-дующим образом:

– 2013 г. – начата разработка информационно-сервисных программ для ЦКТ;

– 2015 г. – в Министерскую декларацию стран Восточного партнерства включен раздел по Электронной логистике и ЦТК;

– 2016 г. – концепция по формированию ЦТК была рассмотрена на сессии ЕЭК в рамках цифровизации транспортного сектора;

– 2017 г. – концепция формирования ЦТК была принята как одно из при-оритетных направлений в рамках ЕАЭС;

– 2025 г. – планируется полное формирование системы цифровых транс-портных коридоров.

Несмотря на то, что экосистема на данный момент не функционирует, но уже можно выделить следующие преимущества:

– формирование единого транспортного пространства; – переход на электронный документооборот; – повышение эффективности транспортной инфраструктуры в ЕАЭС; – сокращение расходов транспортной составляющей; – упрощение перевозок груза на каждом этапе;

470

– повышение конкурентоспособности и коммерческой привлекательности; – интегрирование с международной транспортной инфраструктурой; – появление новых рабочих мест, тем самым повышается уровень жизнь

граждан стран-участниц ЕАЭС [3]. Структуру систему цифровых транспортных коридоров можно предста-

вить следующим образом:

ЦТКСтраховыекомпании

Таможенныеорганы

Транспортныеорганизации

Логистическиецентры

УчастникиВЭД

Элементы ЭЦТК [4]

Заключение Исходя из вышесказанного, можно заключить, что экосистема цифровых

транспортных коридоров ЕАЭС является масштабным проектом как в рамках Союза, так и на национальном уровне государств – членов Союза. Данный проект затрагивает такие секторы экономики, как логистика, транспорт, тор-говля. Также можно выделить то, что в экосистему входят цифровые плат-формы и сервисы государственных и правоохранительных органов. Тем са-мым реализация такой системы станет шагом к внедрению новых технологий во все секторы государств-членов. Цифровые транспортные коридоры позво-лят выйти на новый уровень интеграции и взаимодействия всех стран в рам-ках Союза.


1. Совет ЕЭК утвердил перечень сервисов для формирования экосистемы цифро-вых транспортных коридоров ЕАЭС. – URL: http://www.eurasiancommission.org/ru (дата обращения: 21.04.2021). – Текст : электронный.

2. ЕАЭС переходит на проектный формат реализации цифровой повестки. – URL: http://www.eurasiancommission.org/ru (дата обращения: 21.04.2021). – Текст : элек-тронный.

3. В ЕАЭС сформируют экосистему цифровых транспортных коридоров. – URL: http://www.eurasiancommission.org/ru (дата обращения: 21.04.2021). – Текст : элек-тронный.

4. ЕАЭС запускает систему цифровых транспортных коридоров и приглашает к партнерству всех заинтересованных лиц. – URL: http://www.eurasiancommission.org/ru (дата обращения: 21.04.2021). – Текст : электронный.

471

УДК 656.13

И. Чжан, магистрант А. С. Рыжова, кандидат экономических наук, доцент

Тихоокеанский государственный университет, Хабаровск [email protected]

Анализ транспортных тарифов

на пассажирском городском автобусном транспорте в КНР Для удовлетворения потребностей жителей различных социальных слоев, с раз-

личными доходами и требованиями к основным мотивам выбора вида транспортной активности необходимо проанализировать и спрогнозировать экономическую дос-тупность поездок для различных категорий населения. Для разработки тарифной системы на пассажирском общественном городском транспорте необходимо учи-тывать тарифы на других общественных городских видах транспорта, таких как метро и такси.

Ключевые слова: автобусы, пассажиры, тарифы, городской общественный пас-сажирский транспорт.

Введение

В Китае предприятия общественного пассажирского транспорта издавна назывались «предприятиями по производству услуг». В условиях конкурен-ции на рынке общественного транспорта для поставщиков самое важное для улучшения своего положения на рынке заключается в получении конкурент-ного преимущества за счет повышения качества обслуживания и уровня об-служивания [1].

Для удовлетворения потребностей жителей различных социальных сло-ев, с различными доходами и требованиями к основным мотивам выбора вида транспортной активности, необходимо проанализировать и спрогнози-ровать экономическую доступность поездок для различных категорий насе-ления. И за счет этого анализа обеспечить различные уровни доступности транспортных услуг, на основании которых разработать различные тариф-ные планы.

Теоретическая часть Основные принципы ценообразования представлены на рисунке. Транс-

портным тарифом называют цену транспортной услуги, и все методы цено-образования так же применяются и к ним.

Государственные органы власти заинтересованы в продвижении услуг общественного транспорта по сравнению с личным [2].

© Чжан И., Рыжова А. С., 2021

472

Практическая часть В период активного развития городского общественного транспорта та-

рифы на различные виды пассажирских перевозок заслуживают особенно пристального внимания, так как именно они в основном являются одним из главных факторов выбора вида транспорта (табл. 1).

Рис. 1. Принципы формирования транспортных тарифов на автобусы

Таблица 1. Классификация автобусных общественных городских тарифов и способов оплаты

Классификация общих автобусных тарифов и способов оплаты Обычный

автобус Дети до 1,2 метра – бесплатно; Дети с 1,2…1,5 метра – 50 % скидка; Для электронного кошелька – 10 % скидка; Стоимость студенческого билета (месячный абонемент) составляет

около 0,22 юаня один раз и 20 юаней в месяц (90 раз в зависимости от количества раз)

Тип автобусной карты

Можно использовать студенческий билет, билет для пожилых людей, карточку сотрудника, проездной на общественный транспорт для лю-дей с ограниченными возможностями, специальную карточку и месяч-ный абонемент для взрослых

Способ оплаты

Можно пополнять счет каждый месяц, поддерживать совместную кар-ту транспортировки, поддерживать код сканирования карты Hongshan, WeChat, Alipay и использовать банковские карты Union Pay

BRT Стоимость проезда составляет 1 юань Способ

оплаты Можно использовать студенческую карту, карточку для пожилых лю-

дей, карточку сотрудника и специальную карточку [3, 4, 5]. Можно ис-пользовать банковскую карту Union Pay для сканирования кода карт Hongshan, We Chat и Alipay

BRT это система скоростных автобусных линий, движение по которым

происходит по выделенной полосе движения. Эта полоса огорожена от дру-

Политика стабилизации

цен

Политика получения прибыли

Политика сохранениякапитала

Политика получения прибыли,

ограничение максимальной цены

Политика максимальной

защиты благополучия населения

473

гой части дорожной сети, поэтому никакой другой транспорт не может дви-гаться и даже осуществлять выезд на нее. В основном на данном направлении используются сочлененные автобусы повышенной пассажировместимости [3].

Таблица 2. Динамика транспортных тарифов на автобусные общественные городские перевозки в разных провинциях и городах Китая

Временной период Местоположение Автобусные линии

С 1 января 2019 года,

Город Чэндэ, провинция Хэбэй

1 юань / чел→ 2 юань / чел,

2 юань / чел→ 3 юань/ чел,

С 1 марта 2019 года,

Город Дэян, провинция Сычуань 2 юань / чел, 1 юань / чел


Город Уи, провинция Чжэцзян

Все городские автобусные тарифы: 1,5 юань / чел→ 2 юань / чел,


Город Нанкин, провинция Цзянсу

Отмена наземного автобуса весной и осенью со скидкой

Выводы

Как видно из таблиц стоимость проезда в автобусах в провинциях Китая в последние годы продолжала расти, поскольку низкие тарифы в некоторой степени препятствовали развитию городских автобусов. Скорректированная стоимость проезда на автобусе не повлияет на цену пассажиров, но поможет повысить уровень обслуживания автобуса. Разумный тариф должен быть приемлем для простых людей и поддерживаться местными бюджетами. По действующему курсу ЦБ РФ на 15.04.2012 г 1 юань равен 11,64 руб., тогда стоимость проезда в 2 юаня равна 23,28 руб., в 3 юаня 34,92 руб., стоимость проезда сопоставима с российскими транспортными тарифами.

Тарифная политика для разных видов транспорта разная, и тарифы тоже разные. По результатам исследований, молодые люди предпочитают ездить на метро по причине того, что на сегодняшний день это самый быстрый и доступный вид транспорта. Например, максимальная рабочая скорость метро Урумчи достигает 80 км/ч.

Систему BRT и общественный автобусный транспорт, благодаря под-держке, предоставляемой правительством и субсидированным тарифам предпочитают пожилые люди. Системы тарифов на различных видах город-ского пассажирского транспорта находятся в постоянном взаимном влиянии друг на друга. Поэтому, при разработке систем тарифов на одном транспорте (автобусном) необходимо учитывать и другие виды транспорта (метро, такси).


1. Чжан, И. Мероприятия по повышению эффективности функционирования го-родского пассажирского транспорта / И. Чжан, А. С. Рыжова // Дальний Восток: про-блемы развития архитектурно-строительного и дорожно-транспортного комплекса :

474

материалы национальной научно-практической конференции. – Хабаровск : Изда-тельство Тихоокеанского государственного университета, 2020. – С. 130–133.

2. Volodkin, P., Shirokorad, O., Arkhipov, S. Regional information and technology as-pects of increase quality of passenger transportation IOP Conference Series: Earth and Envi-ronmental Science. – URL: https://iopscience.iop.org/issue/1755-1315/272/3 (date of the application 17.04.2021).

3. Чжан, И. Особенности применения системы BRT в г. Урумчи, Китай / И. Чжан, А. С. Рыжова // Организация и безопасность дорожного движения : материалы ХIII Национальной научно-практической конференции с международным участием (Тю-мень, 19 марта 2020 г.). – Тюмень : ТИУ, 2020. – С. 385–388.

475

УДК 629.018

Н. А. Шерстнев АО «Ремдизель», Набережные Челны

[email protected]

Влияние работы клапана масляного насоса на работоспособность двигателя в процессе эксплуатации

Рассмотреноы влияние работы клапанов системы смазки масляного насоса на

работоспособность насоса и двигателя в целом в период эксплуатации. Показана неустойчивая работа клапана системы смазки, способствующая возникновению ко-лебательного характера изменения давления в системе смазки.

Ключевые слова: масляный насос, клапан системы смазки, система смазки, дви-гатель внутреннего сгорания.

Введение

Для уменьшения потерь на трение и износа трущихся поверхностей, а также отвода от них теплоты в двигателях внутреннего сгорания применя-ют систему смазки. Одним из важнейших параметров смазочной системы двигателя является производительность масляного насоса, которая характе-ризуется количеством масла, проходящего через систему в единицу времени. При проектировании не существует точного расчета. Производительность насоса задается на основе опыта в зависимости от мощности двигателя: для карбюраторных – 8…20 Ne, л/ч, для дизелей – 15…40 Ne, л/ч [1–3].

Для стабилизации давления масла на уровне, не зависящем от параметров подшипников коленчатого вала, масляный насос проектируется с большим запасом производительности (не менее двукратного) [4]. Уменьшение произ-водительности насоса и, как следствие, расхода масла приводит к снижению отдачи от поверхностей трения тепла в масло, увеличение производительно-сти – больших затрат мощности на привод насоса и увеличения его размеров. Кроме того, чрезмерно большие давления и расход масла в системе способст-вуют увеличению расхода масла на угар, а при наличии в масле абразивных частиц – повышенной их циркуляции вместе с маслом, многократному попа-данию частиц в пары трения и их изнашиванию.

Производительность насоса характеризуется углом α наклона графика давления масла 3 (рис. 1) и полкой (А) стабилизации давления масла. Чем меньше угол α, тем быстрее насос обеспечивает выход характеристики дав-ления на полку стабилизации давления масла (А), и, соответственно, лучше процесс смазки элементов двигателя.

© Шерстнев Н. А., 2021

476

Параметры: крутизна наклона графика, полка стабилизации давления, точка перегиба, запас производительности масляного насоса имеют большое значение и смысл в характеристиках систем смазки, однако не контролиру-ются при испытании на стенде и в составе двигателя. В документации и при контроле ограничиваются двумя параметрами: давление на минимальных оборотах не менее 0,1 МПа и номинальный режим при температуре масла 90…95 % не менее 0,4 МПа.

Рис. 1. Изменение расхода Q и давления Р масла с увеличением частоты вращения n коленчатого вала: 1 – расход через основную секцию насоса; 2 – расход через клапан системы смазки; 3 – давление в масляной магистрали

Влияние работы клапанов системы смазки масляного насоса на работоспособность насоса и двигателя в целом

Обеспечение стабильного давления в масляной системе на уровне 0,4…0,45 МПа при изменяющихся температурном, скоростном режимах и при различной степени изношенности двигателя КамАЗа осуществляется клапаном 2 системы смазки (КСС) или редукционным клапаном (рис. 2), на-ходящимся на насосе.

Более подробно работу редукционного клапана можно пояснить схемой на рисунке 1.

При повышении частоты вращения коленчатого вала возрастает расход и давление масла в магистрали. При определенном значении давления в сис-теме открывается КСС, в дальнейшем возрастает расход через него (кривая 2), и стабилизируется давление в системе (кривая 3).

477

Однако экспериментальные замеры давления в масляной системе на но-вых двигателях показали различные характеристики давлений, зависящих от первоначальных зазоров в сопряжении двигателя и настройки КСС (рис. 2).

Рис. 2. Характеристика давлений в главном масляном канале серийных двигателей

КамАЗ-740 без нагрузки (tм = 80…90 °С)

Кривые 1, 2, 3 на рисунке 2 указывают на наличие запаса производитель-ности масляного насоса; 4, 5 – на малый запас; 6, 7 – на отсутствие запаса по отсутствию точки перегиба. Работа двигателя без запаса производительности маслонасоса приводит к снижению давления в системе смазки в эксплуата-ции до выработки ресурса (Р = 2,0…З,0 кгс/см2 на n = 2600 мин–1при нара-ботке l = 100…140 тыс. км.) Двигатель с характеристикой 7 не проходит ис-пытания из-за низкого (менее 0,4 МПа) давления и подлежит переборке (как правило, заменяется масляный насос).

Кроме того, в эксплуатации происходит снижение запаса производитель-ности и давления в системе смазки, из чего можно сделать вывод о повышен-ной напряженности работы КСС.

В процессе эксплуатации среднее давление на номинальном режиме сни-жается вследствие изнашивания до 0,25 МПа и ниже (рис. 3). Это указывает на выработку запаса производительности маслонасоса, т. е. он мал, и это сле-дует считать также недопустимым параметром на выпускаемых в эксплуата-цию двигателях.

0

1

2

3

4

5

6

600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800

Р,кг/см²

Обор., мин-1

1

23

4 5 6 7

478

Рис. 3. Зависимость давления в системе смазки от наработки двигателей: 1 – КамАЗ-740; 2 – ЯМЗ-236; 3 – ЯМЗ-238НБ (без штриха – номинальный режим, со штрихом – холостой-ход)

Особенностью работы клапана системы смазки является отсутствие чет-кого закона перемещения клапана в зависимости от давления, создаваемого в данный момент насосом.

Если на двигателях ЯМЗ, СМД, ЗИЛ [6–8] на редукционный и сливной клапаны воздействует сила давления масла в непосредственной близости от клапана (высокая скорость реакции клапана и регулирования давления в сис-теме смазки), то КСС двигателей КамАЗ управляется сигналом (силой давле-ния масла), приходящим по подводящей трубке 15 (рис. 4) из главной масля-ной магистрали.

Таким образом, если давление в главной масляной магистрали и, соответ-ственно, давление управляющего сигнала, подаваемого через отверстие в пробке, превышает жесткость пружины, клапан открывается, соединяя по-дающие и нагнетающие полости масляного насоса. Происходит снижение

479

давления в главной масляной магистрали. При этом клапан остается откры-тым, пока не произойдет снижение давления управляющего сигнала, и жест-кость пружины не превысит его. Естественно, за это время давление в масля-ной системе еще больше уменьшится.

Но вот давление управляющего сигнала стало ниже давления жесткости пружины, и КСС закрылся. Масляный насос качает масло в главную масля-ную магистраль, соответственно, давление в ней растет до тех пор, пока управляющий сигнал на КСС не превысит жесткость пружины. Но прежде чем клапан откроется, давление в масляной магистрали вырастет еще больше.

Такое колебательное движение клапана способствует возникновению ко-лебательного изменения давления масла в системе, резким перепадом давле-ния и скорости потока масла и, соответственно, возникновению гидроударов в масляной системе, и, как результат, спонтанному открытию и закрытию КСС. При испытаниях масляных насосов на стендах при принудительном открытии КСС такие процессы способствуют возникновению металлического стука в зубчатом зацеплении шестерни привода и сильной вибрации стенда.

Рис. 4. Схема смазочной системы: 1 – насос масляный; 2 – клапан; 3 – фильтр; 4 – перепуск-ной клапан; 5 – частично-поточный фильтроэлемент; 6 – водомасляный теплообменник; 7, 8 и 9 – приборы контроля; 10 – форсунки охлаждения поршней; 11 – термоклапан; 12 – полнопоточный фильтроэлемент; 13 – картер масляный; 14 – клапан предохранительный; 15 – подводящая трубка

При ремонте двигателей обнаруживаются маслонасосы с заглушенным отверстием подвода управляющего давления масла к клапану системы смазки (забиты шламом, заварено, засорена трубка подвода). Клапан системы смазки

480

в этом случае был заблокирован и не работал. Испытания на стенде и в со-ставе двигателей таких насосов позволило обнаружить, что это дает прирост производительности маслонасоса, и устойчивое повышение давления в сис-теме смазки двигателя на 0,02 МПа. В эксплуатации и при ремонте двигате-лей специалисты зачастую так и поступают, одновременно настраивая пре-дохранительный клапан подрезкой пружины на давление 0,55…0,65 МПа, обходясь при этом одним клапаном в нагнетательной секции.

Выводы и рекомендации На основании проведенных исследований можно сделать вывод, что КСС

всегда работает в режиме колебаний, при этом открывая и закрывая слив масла из канала высокого давления, что способствует резкому падению дав-ления в смазочной системе и производительности насоса на двигателе, кото-рого и без этого недостаточно. Среднее давление поддерживается с трудом ввиду расходования запаса, а по мере изнашивания двигателя в эксплуатации характеристики давления на номинальном режиме падают до критического уровня 0,25 МПа. Кроме того, происходят забросы давлений в сторону низ-ких до нуля, хотя и при высокой частоте 50 Гц, но отражающейся в гидроди-намике потоков и их сплошности, что способствует снижению работоспо-собности двигателя [5].

Из этого делается заключение о нерасчетном колебательном характере работы КСС маслонасоса и, как следствие, о наличии колебаний давления в смазочной системе, закономерности параметров которых (размах и частоту) в дальнейшем предстоит изучить.


1. Болтинский, В. Н. Теория, конструирование и расчет тракторных и автомо-бильных двигателей. – Москва : Изд-во с/х литературы, журналов и плакатов, 1962. – 391 с.

2. Венцель, С. В. Смазка и долговечность двигателей внутреннего сгорания. – Киев : Техника, 1977. – 207 с.

3. Попык, К. Г. Автомобильные и тракторные двигатели / К. Г. Попык, К. И. Сидо-рин, А. В. Костров. – Москва : Высшая школа, 1976. – 280 с.

4. Авдонькин, Ф. Н. Текущий ремонт автомобилей. – Москва : Транспорт, 1978. – 269 с.

5. Кулаков, А. Т. Обеспечение надежности автотракторных двигателей : моногра-фия / А. Т. Кулаков, А. С. Денисов. – Саратов : Саратовский государственный техни-ческий университет, 2007. – 422 c.

6. Григорьев, М. А. Обеспечение надежности двигателей / М. А. Григорьев, В. А. Долецкий. – Москва : Издательство стандартов, 1978. – 324 с.

7. Новицкий, И. В. Автомобильные и тракторные двигатели : учебное пособие. – Минск : Ураджай, 1977. – 160 с.

8. Двигатели ЯМЗ-240М2, ЯМЗ-240НМ2, ЯМЗ-240ПМ2, 240-3902150РЭ: Руково-дство по эксплуатации. – Ярославль, 2015. – 172 с.

481

Электронное научное издание

АВТОМОБИЛЕСТРОЕНИЕ: ПРОЕКТИРОВАНИЕ, КОНСТРУИРОВАНИЕ, РАСЧЕТ И ТЕХНОЛОГИИ РЕМОНТА И ПРОИЗВОДСТВА

Материалы

V Всероссийской научно-практической конференции Ижевск, 29–30 апреля 2021 г.

Технический редактор С. В. Звягинцова Корректор Я. В. Олина

Верстка Я. В. Олиной, Н. В. Паклиной

Подписано к использованию 04.10.2021. Объем 15,3 МБ Уч.-изд. л. 20,33. Заказ № 170

Издательство ИжГТУ имени М. Т. Калашникова. 426069, Ижевск, Студенческая, 7

АВТОМОБИЛЕСТРОЕНИЕ: ПРОЕКТИРОВАНИЕ ... - ИжГТУ

Documents

Transcript of АВТОМОБИЛЕСТРОЕНИЕ: ПРОЕКТИРОВАНИЕ ... - ИжГТУ