Повышение энергоэффективности транспортных средств сельскохозяйственного назначения путём применения амортизаторов с рекуперативным эффектом тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.01, кандидат наук Климов Александр Владимирович

• Климов Александр Владимирович
• кандидат наук
• 2019

Оглавление диссертации кандидат наук Климов Александр Владимирович

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ ПРИМЕНЕНИЯ АМОРТИЗАТОРОВ С РЕКУПЕРАТИВНЫМ ЭФФЕКТОМ

1.1. Требования, предъявляемые к системе подрессоривания транспортных средств сельскохозяйственного назначения и тракторов

1.2. Системы подрессоривания с функцией рекуперации энергии для транспортных средств сельскохозяйственного назначения и тракторов

1.3. Виды электрических машин для использования в составе АРЭ

Выводы по 1 главе

2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РЕКУПЕРАЦИИ ЭНЕРГИИ В АМОРТИЗАТОРАХ С РЕКУПЕРАТИВНЫМ ЭФФЕКТОМ

2.1 Математическое описание процессов в системе подрессоривания при движении

2.2 Математическое описание процессов, происходящих в электрической машине амортизатора

Выводы по главе

3 МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ ИСПЫТАНИЙ КОМПЛЕКТА АМОРТИЗАТОРОВ С РЕКУПЕРАТИВНЫМ ЭФФЕКТОМ

3.1. Методика проведения исследовательских испытаний условий работы амортизаторов

3.1.1 Цели и задачи проведения исследований

3.1.2 Объект исследований

3.1.3. Порядок и методы проведения испытаний

3.2. Методика проведение исследовательских стендовых испытаний

3.2.1. Цели и задачи проведения исследований

3.2.2. Стенд для проведения исследований амортизатора

3.2.3 Описание конструкции исследуемого амортизатора

3.2.4 Измерительная и регистрирующая аппаратура

3.2.5. Порядок и методы проведения стендовых испытаний

3.3 Методика проведения испытаний комплекта амортизаторов с рекуперативным эффектом в составе транспортного средства

3.3.1 Цели и задачи исследования

3.3.2 Объект исследований

3.3.3 Измерительная и регистрирующая аппаратура

3.3.4 Порядок и методы проведения испытаний

Выводы по главе

4. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ ИСПЫТАНИЙ АМОРТИЗАТОРОВ С РЕКУПЕРАТИВНЫМ ЭФФЕКТОМ

4.1 Анализ результатов исследовательских испытаний условий работы амортизаторов

4.2 Рекомендации по разработке амортизатора

4.3 Анализ результатов исследовательских стендовых испытаний

4.4 Анализ результатов исследовательских испытаний комплекта амортизаторов в составе транспортного средства

Выводы по главе

5 ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ АМОРТИЗАТОРОВ С РЕКУПЕРАТИВНЫМ ЭФФЕКТОМ С ПОМОЩЬЮ ИМИТАЦИОННОЙ МОДЕЛИ

5.1 Имитационная модель системы, включающей в себя АРЭ

5.2 Имитационное моделирование АРЭ на основе линейной электрической машины

5.3 Имитационное моделирование АРЭ на основе вращающейся электрической машины

5.4 Эффективность применения комплекта АРЭ в составе ТС сельскохозяйственного назначения и тракторов

5.5 Рекомендации по дальнейшим направлениям исследований

Вывод по главе 5:

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А Результаты исследований условий работы амортизаторов

ПРИЛОЖЕНИЕ Б Технические характеристики АРЭ

ПРИЛОЖЕНИЕ В Алгоритм управления комплектом амортизаторов с рекуперативным эффектом

ПРИЛОЖЕНИЕ Г Описание файла исходных данных и расчета статических характеристик системы

ПРИЛОЖЕНИЕ Д Результаты имитационного моделирования переходных процессов

ПРИЛОЖЕНИЕ Е Результаты имитационного моделирования движения ТС

ПРИЛОЖЕНИЕ Ж Сведения о патентах на полезную модель

ПРИЛОЖЕНИЕ З Протоколы проведения испытаний

ПРИЛОЖЕНИЕ И Акты внедрения

ВВЕДЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение энергоэффективности транспортных средств сельскохозяйственного назначения путём применения амортизаторов с рекуперативным эффектом»

Актуальность темы

В настоящее время происходит ужесточение требований к снижению уровня выбросов вредных веществ от различных транспортных средств, в том числе и сельскохозяйственного назначения. Автомобили и тракторы являются одним из основных источников загрязнения окружающей среды. Новые экологические нормы также являются движущей силой развития транспортного и сельскохозяйственного машиностроения, что побуждает производителей на создание все более совершенных конструкций.

Также владельцы предъявляют к конструкции транспортных средств (ТС) требования к снижению совокупной стоимости владения, а значит к оптимизации транспортных процессов и затрат. Фактор снижения запасов добываемых традиционных энергоресурсов и рост цен на них также влияет на увеличение потребности в повышении эффективности и оптимизации транспортных процессов путем сокращения затрат на их осуществление. Поэтому имеется потребность в создании систем и агрегатов, которые будут наиболее эффективно использовать энергетические ресурсы. На автомобилях и тракторах энергия силового агрегата, получаемая при сгорании топлива помимо полезной работы, рассеивается в огромном количестве узлов и агрегатов в виде потерь. Речь идет о трансмиссии, подвеске, тормозах, шинах, рулевом управлении и др. Потери энергии можно классифицировать следующим образом:

- потери в силовых установках (из-за несовершенства рабочих процессов, в основном на нагрев и рассеивание теплоты в окружающую среду);

- потери в силовых установках на привод вспомогательного оборудования (привод генератора, насосов усилителей рулевого управления, компрессора пневматической системы, компрессора климатической установки, циркуляционного насоса, вентилятора системы охлаждения и др.);

- потери в приводах и трансмиссиях, основных и вспомогательных, потери на трение в агрегатах, опорах, выделение тепла при работе зубчатых зацеплений, проскальзывание фрикционных деталей, нагрев рабочих жидкостей;

- потери в системах управления, рулевая и тормозная системы, рассеивание энергии в тепло;

- потери в системе подрессоривания (СП) на деформацию и гашение колебаний (не менее 10-20 % общих механических потерь), потери на рассеивание энергии в демпфирующих элементах (ДЭ), гистерезисные потери в упругих элементах, потери на трение в парах сопряжения;

- потери в движителе, на деформацию, нагрев и сопротивление качению, рассеивание в виде тепла энергии отрыва присасываемых замкнутых объемов в протекторе шины, энергия проскальзывания элементов площади пятна контакта.

Для решения данных проблем в настоящее время производители автомобилей и тракторов работают над созданием транспортных средств с гибридными и электрическими силовыми установками, использующими электрохимические источники энергии или суперконденсаторы. Поэтому встает вопрос о создании рекуперативных устройств, позволяющих накапливать и

сохранять энергию, которая рассеивается в виде потерь в окружающую среду.

При движении по дороге транспортное средство совершает неизбежные колебания, характер которых зависит от качества дороги и условий движения. Для снижения влияния кинематических воздействий на водителя, пассажиров, груз, агрегаты и системы самой машины в системе подрессоривания используются упругие и демпфирующие элементы. Демпфирующие элементы обеспечивают затухание колебаний путем рассеивания энергии при переходи ее из механической в тепловую. На этот процесс также затрачивается полезная энергия силового агрегата. Для повышения энергоэффективности систем подрессоривания ТС энергию, рассеиваемую амортизаторами в окру-

жающую среду необходимо рекуперировать, накапливать и полезно использовать.

Многие производители и разработчики транспорта работают над созданием системы подрессоривания на основе энергоэффективного амортизатора с рекуперативным эффектом. В последние годы отмечается повышение патентной активности в данной области. Наиболее активной страной, где ведутся разработки в данной сфере и регистрируются изобретения, является Китай. Также большое внимание данной теме уделяют в Германии, Японии, США и Корее. При этом ведущие автомобилестроительные концерны (Hyndai, Volkswagen, Daimler, Audi, Nissan, Ford, General Motors, Toyota) имеют множество защищенных патентами разработок в области подвески транспортных средств с эффектом рекуперации. Однако в настоящее время разработки не получили практического применения и внедрения в основном из-за сложности и высокой стоимости.

Исследованиям в области эффективности применения систем рекуперации энергии в подвеске автомобиля, анализу конструкции и выбору схемы демпфирующего элемента с рекуперативным эффектом посвящены работы Посметьева А.Н., Никонова В.О., Сергиенко А.Н., Самородова В.Б., Любарского Б.Г., Тарасова Е.А., Рябова И.М., Сорокина А.А., Окладникова Д.Л., Зеера В.А., Шилина Б.И., Дудкина С.А., Бакаева Т.А., Хамитова Р.Н., Копы-лова С.И., Воробьева В.В., Siczek K., Kuchar M. и др. Вопросам, связанным с изучением применения вихревых токов для демпфирования колебаний, посвящены работы B.L.J. Gysen, J.J.H. Paulides, E.A. Ломоновой, N. Amati, A. Tonoli, A. Canova, F. Cavalli, M. Padovani. Вопросу разработки и создания конструкций демпфирующих элементов посвящены работы Z. Lei, T. Xiudong, Z. Pei Sheng, Z. Li, L. Zuo, J. Kuang, G. Luhrs, Е. Mendrela, R. Drze-woski, A. Gupta, A. Jendrzejczyk, M. Mulcahy, R. Hull. Применению в подвесках амортизаторов на основе линейных электрических генераторов посвящены работы Z. Zhang, N. Cheung, K. Cheng.

ТС, используемые в сельскохозяйственном секторе народного хозяйства, относятся к коммерческому классу. Для данного класса ТС снижение затрат и повышение энергоэффективности процесса перевозок наиболее актуально. Снижение стоимости владения ТС благоприятно скажется на снижении издержек и повышении прибыли, а также, что не маловажно, на повышении экологической чистоты выпускаемой товарной продукции и снижении вредного воздействия на окружающую среду.

ТС сельскохозяйственного назначения эксплуатируются в различных дорожных условиях по дорогам с различным характером микропрофиля - это асфальтовые дороги как хорошего, так и удовлетворительного качества, гравийные, грунтовые дороги, как удовлетворительного качества, так и разбитые, снежные дороги, тяжелое бездорожье и др. Автомобили сельскохозяйственного назначения и трактора большую часть времени передвигаются по полевым дорогам плохого качества без регулярного твердого покрытия. Процесс движения характеризуется значительными колебаниями, создаваемыми кинематическими возмущениями от неровностей дороги, сопровождаемыми воздействиями на подрессоренные и неподрессоренные массы. Также стоит отметить тот факт, что качество дорог, на которых эксплуатируется данная техника, резко зависит от природных явлений. Сельскохозяйственные дороги, на которых работают автомобили сельскохозяйственного назначения и тракторы, можно охарактеризовать как дороги со значительными по высоте и различными по длине неровностями, которые при движении вызывают значительные колебания. ДЭ, устанавливаемые на автомобилях сельскохозяйственного назначения и тракторы, работают в тяжелых условиях, так как им приходится обеспечивать затухания данных колебаний. Следовательно, на обеспечение данной функции затрачивается большая часть энергии по сравнению с дорожными автомобилями. И применение в конструкции ТС систем подрессоривания автомобилей сельскохозяйственного назначения и тракторов систем рекуперации энергии деформации подвески (СРЭДП), оснащенных амортизаторами с рекуперативным эффектом (АРЭ) и способных осу-

ществлять рекуперацию энергии, является наиболее актуальной задачей. Данное техническое решение позволит повысить энергоэффективность осуществления технологических операций путем снижения затрат на энергоносители.

Для решения данной проблемы автором предлагается реализовать эффект рекуперации механической энергии колебания подрессоренной массы автомобиля в электрическую путем применения электромеханического преобразователя (генератора) и использовать в дальнейшем данную энергию для питания потребителей или подзарядки накопителя энергии: высоковольтной или низковольтной аккумуляторной батарей посредством снижения нагрузки двигателя внутреннего сгорания или батареи суперконднсаторов.

Цели исследований

Целью работы является повышение энергоэффективности транспортных средств сельскохозяйственного назначения путем применения амортизаторов с рекуперативным эффектом для оптимизации технологических процессов по критериям эффективности и ресурсосбережения, а также повышения эффективности их функционирования.

Объект исследования

Объектом исследования является амортизатор с рекуперативным эффектом в составе системы рекуперации энергии деформации подвески на примере грузового электромобиля КАМАЗ 4308Э.

Предмет исследования

Предметом исследования являются процессы рекуперации энергии, теряемой в подвеске транспортного средства сельскохозяйственного назначения при использовании амортизатора с рекуперативным эффектом в процессе движения.

Задачи исследования

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Проанализировать существующие разработки систем рекуперации, имеющих в составе амортизаторы с функцией рекуперации.

2. Произвести анализ вариантов электрических машин для применения в конструкции амортизатора с рекуперативным эффектом.

3. Разработать методику проведения комплексных исследований амортизаторов с рекуперативным эффектом.

4. Произвести исследование условий работы демпфирующих элементов в составе транспортного средства сельскохозяйственного назначения при выполнении технологических операций в растениеводстве и животноводстве.

5. Разработать рекомендации по конструированию амортизаторов с рекуперативным эффектом для транспортных средств сельскохозяйственного назначения.

6. Разработать новый принцип получения рекуперативного эффекта амортизаторов, заключающийся в преобразовании части энергии механических колебаний в электрическую энергию, полезно используемую на транспортном средстве сельскохозяйственного назначения и сельскохозяйственном тракторе при сохранении демпфирующих характеристик.

7. Произвести исследования работы амортизатора с рекуперативным эффектом в составе транспортного средства.

8. Разработать имитационную модель, позволяющую исследовать электрические и энергетические процессы, происходящие в амортизаторах с рекуперативным эффектом, в силовых преобразователях, применяемых в системе рекуперации энергии на транспортных средствах при движении в различных условиях.

9. Получить зависимости максимальной генерируемой мощности от скорости перемещения штока и габаритных размеров амортизатора, зависимости среднеквадратичной генерируемой мощности от степени загруженности транспортного средства, а также зависимости рекуперируемой энергии от характера неровности дороги.

10. Оценить эффективности функционирования системы рекуперации энергии, имеющей амортизаторы с рекуперативным эффектом, для транспортных средств сельскохозяйственного назначения и сельскохозяйственных тракторов.

11. Разработать рекомендации по дальнейшим направлениям исследований систем рекуперации энергии, имеющей амортизаторы с рекуперативным эффектом.

Методы исследования

Для решения поставленных задач и достижения намеченной цели использованы экспериментальные методы исследования работы демпфирующих элементов, методы имитационного моделирования с использованием пакета MatLab. Исследования выполнены с использованием стратегии системного анализа, метода математического и имитационного моделирования, математических методов теоретической электротехники, теории электромеханического преобразования энергии, теории транспортных средств и динамики автомобиля Основные теоретические положения и выводы подтверждены результатами экспериментальных исследований в лабораторных условиях. Экспериментальные исследования базируются на методах активного эксперимента с применением специализированного стенда и на действующем электромобиле КАМАЗ 4308Э. Исследования проводились в лаборатории ЗАО «НТЦ ПРИВОД-Н» (г. Новочеркасск), а также в составе транспортного средства на полигоне НТЦ ПАО «КАМАЗ» (г. Набережные Челны).

Научная новизна

1. Обосновано новое решение задачи повышения энергоэффективности транспортных средств сельскохозяйственного назначения путём применения амортизаторов с рекуперативным эффектом.

2. Разработан новый принцип получения рекуперативного эффекта амортизаторов, заключающийся в преобразовании части энергии механических колебаний в электрическую энергию, полезно используемую на транс-

портном средстве сельскохозяйственного назначения и сельскохозяйственных тракторах, при сохранении демпфирующих характеристик.

3. Разработана новая методика проведения комплексных испытаний амортизаторов с рекуперативным эффектом.

4. Получена зависимость удельной генерируемой энергии от условий движения транспортного средства (скоростного режима движения, неровностей дороги, степени загруженности).

5. Впервые разработана имитационная модель, позволяющая исследовать электрические и энергетические процессы, происходящие в амортизаторах с рекуперативным эффектом, в силовых преобразователях и в зарядном устройстве.

6. Получены зависимости силы сопротивления и электрической мощности от скорости перемещения штока амортизатора с линейным электрическим генератором, по которым сделан вывод о том, что при наиболее вероятных скоростях перемещения штока до 0,2 м/с из-за недостаточной скорости изменения магнитного потока и влияния активного сопротивления обмоток статора максимальная генерируемая мощность не превышает 30 Вт, а следовательно, речь идет об отсутствии рекуперативного эффекта и о не соответствии предъявляемым требованиям создаваемых демпфирующих усилий.

7. Получены рабочие характеристики амортизатора, в результате анализа которых сделан вывод о том, что с ростом скорости перемещения штока возрастает генерируемая мощность и КПД амортизатора.

8. Получены зависимости максимальной генерируемой мощности от скорости перемещения штока и внешнего диаметра амортизатора, зависимости среднеквадратичной генерируемой мощности от степени загруженности транспортного средства, а также зависимости рекуперируемой энергии от характера неровности дороги, которые позволяют сделать вывод о том, что наибольшее влияние на рекуперативный эффект оказывает неровность дороги, а степень загруженности и скоростной режима оказывают равное влияние.

Теоретическая и практическая значимость результатов работы

1. Разработан комплекс унифицированных математических программ, позволяющих исследовать режимы функционирования СРЭДП с АРЭ в составе ТС при различных режимах движения.

2. Разработана методика проведения стендовых и натурных исследований СРЭДП с АРЭ в составе ТС.

3. Результаты диссертационной работы могут быть использованы при создании систем демпфирования колебаний без проведения дорогостоящих и затратных по времени стендовых и натурных экспериментов. С помощью предложенного программно-математического комплекса возможно проанализировать конструктивные характеристики АРЭ и преобразовательных устройств, оценивая энергоэффективность системы в целом.

4. Разработаны рекомендации по конструированию АРЭ с учетом особенностей работы ДЭ в составе ТС.

5. Предложены конструкция АРЭ, соответствующая требованиям по величине демпфирующего усилия и рекуперируемой мощности.

6. По результатам исследования разработано техническое задание на проведение опытно-конструкторской работы по разработке АРЭ для грузового ТС КАМАЗ в ООО «Инновационный центр «КАМАЗ».

7. Даны рекомендации по дальнейшим направлениям исследований.

8. Определен эффект и целесообразность применения СРЭДП с АРЭ для тракторов и транспортных средств сельскохозяйственного назначения.

Реализация результатов работы Результаты исследований апробированы и внедрены на предприятии ООО «Инновационный центр «КАМАЗ» при разработках энергоэффективных транспортных средств в рамках проекта «Создание энергоэффективных транспортных средств КАМАЗ-2020». На основании разработанной ИМ определены основные технические требования к компонентам СРДП с АРЭ для грузового электромобиля КАМАЗ 4308Э и электробуса большого класса КАМАЗ 6282. Результаты диссертационного исследования использовались в

рамках выполнения прикладных научных исследований, связанных с разработкой амортизатора с рекуперативным эффектом для энергоэффективных колесных транспортных средств с повышенными экологическими характеристиками и проводимых при финансовой поддержке ВАК Министерством науки и высшего образования РФ (уникальный идентификатор RFMEFI57915X0124). На предложенные конструкции АРЭ получено 2 патента на полезные модели.

Степень достоверности и апробация результатов Достоверность результатов математического моделирования обеспечена применением математических методов исследования, а также сходимостью расчетных данных, полученных при компьютерном моделировании в пакетах прикладной программы MATLAB, с экспериментальными данными, полученными при реальных условиях эксплуатации. Результаты и выводы работы теоретически обоснованы и подтверждены расчетами. Основные положения работы отражены в 9 научных работах (3 статьи находятся в печати), в том числе 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК Министерством науки и высшего образования РФ, и 3 статьи в печати, 3 статьи в зарубежных журналах, входящих в систему цитирования «Scopus», 2 патента РФ на полезную модель. Основные положения диссертации представлены, обсуждены и одобрены на 74-й, 75-й и 76-й научно-методических и научно-исследовательских конференциях МАДИ (2016 - 2018 гг). Положения, выносимые на защиту

1 Комплекс программно-технических решений для реализации системы рекуперации энергии, имеющей амортизаторы с рекуперативным эффектом

2 Результаты экспериментальных исследований.

3 Результаты расчета эксплуатационных характеристик амортизаторов предложенных конструкций.

4 Результаты расчета эффективности системы рекуперации энергии, имеющей амортизаторы с рекуперативным эффектом для транспортных средств сельскохозяйственного назначения и тракторов.

5 Положение об эффективности применения системы рекуперации для транспортных средств сельскохозяйственного назначения.

Список публикаций

Основные положения и результаты диссертационного исследования опубликованы в 9 научных работах, из них в изданиях, включаемых в перечень ВАК, опубликовано 3 работы; 3 - из международных реферативных баз данных и системы цитирования; 2 патента РФ на полезную модель.

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов, перечня сокращений и условных обозначений, списка литературы и приложений. Диссертация имеет общий объем 206 страниц машинописного текста, включая 159 страниц основного текста, 30 таблиц, 92 рисунка, список литературы с 128 наименованиями на 14 страницах, перечень сокращений и условных обозначений на 2 страницах и 31 страницу приложений.

1. АНАЛИЗ ПРИМЕНЕНИЯ АМОРТИЗАТОРОВ С РЕКУПЕРАТИВНЫМ ЭФФЕКТОМ 1.1. Требования, предъявляемые к системе подрессоривания транспортных средств сельскохозяйственного назначения и тракторов

Задачи динамики движения колесных транспортных средств изучались с момента ее зарождения. Данные вопросы отражены в работах Е.А. Чудакова [1], Б. С. Фалькевича [2], А.О. Никитина [3] и др.

Система подрессоривания оказывает существенное влияние на такие свойства транспортного средства, как плавность хода, управляемость и устойчивость, а также влияет на управляемость, целостность агрегатов и конструкций ТС.

СП является сложной системой, состоящей из совокупности упругих, демпфирующих и направляющих элементов. Пневматические шины также оказывают существенное влияние на работу системы, работая, в частности, как упругий элемент. Существуют ТС, не имеющие отдельных упругих элементов, кроме пневматических шин. Упругие элементы (УЭ) воспринимают массу транспортного средства, а также за счет упругой деформации осуществляют снижение динамических нагрузок, передаваемых несущей системе. Демпфирующие элементы осуществляют демпфирование (гашение, затухание) колебаний подрессоренных и неподрессоренных частей ТС. Направляющие элементы обеспечивают передачу нагрузок между подрессоренными и неподрессоренными частями, определяют кинематику их относительного движения [4, 5].

К системе подрессоривания предъявляются следующие основные требования [1, 2, 6, 7, 8]:

- уменьшения динамических нагрузок, воздействующих на подрессоренные части ТС (водителя, экипаж, пассажиров, грузы);

- демпфирования колебаний, возникающих при движении подрессоренных и неподрессоренных частей;

- передачи сил и моментов, действующих между подрессоренными и неподрессоренными частями;

- обеспечения требуемой кинематики движения колес, а именно отсутствие изменение колеи и угла установки колес;

- противодействия кренам несущей системы;

- обеспечение надежного контакта колеса с опорной поверхностью. Постоянно проводятся исследования и опытно-конструкторские работы,

отраженные как в отечественных, так и в зарубежных публикациях, направленные на изучение процессов, происходящих в элементах и агрегатах СП, и улучшение показателей работы как элементов в отдельности, так и всей системы в целом, а также изучение влияния на общие технические характеристики ТС. Это отражено в трудах таких ученых, как Я. М. Певзнер, М. М. Жилейкин, Г. О. Котиев [9, 10, 11, 12], Й. Раймпель [13, 14], J. C. Dixon [15], W. Bauer [16] и многих других.

В данных работах рассмотрены колебательные процессы, происходящие в СП колесных машин при движении. В настоящее время находит широкое распространение применение методов математического моделирования с применением численного моделирования на электронно-вычислительных машинах (далее ЭВМ), о чем свидетельствуют многочисленные публикации таких авторов, как В. В. Тольский, А. В. Андрейчиков, А. В. Подзоров, M. Blundell [17, 18, 19, 20] и др.

1.2. Системы подрессоривания с функцией рекуперации энергии для транспортных средств сельскохозяйственного назначения и тракторов ТС сельскохозяйственного назначения эксплуатируются как по дорогам с постоянным твердым покрытием различного качества, так и по грунтовым полевым дорогам, как основным, так и вспомогательным. Сельскохозяйственная техника используется также и в условиях тяжелого бездорожья: разбитых и размытых дорог, снежной целины и др. Преобладающую часть времени автомобили сельскохозяйственного назначения и тракторы двигаются по сельскохозяйственным полевым дорогам низкого качества, которые

можно охарактеризовать наличием неровностей со значительной высотой и различными по длине. Качество сельскохозяйственных полевых дорог зачастую зависит от погодных явлений и может ухудшаться. В условиях реальной эксплуатации при движении по данным дорогам колесо ТС взаимодействует посредством движителя с неровностями и воспринимает кинематические возмущения от них.

Влияние на подрессоренную часть ТС зависит как от характеристик самих источников (высот и длин неровностей), так и от характеристик и скорости движения машины. Подрессоренная часть машины воспринимает также силовое возмущение, которое объясняется неидельностью колесно-ступичного узла, других систем и механизмов. Кинематическое возмущение является главным воздействующим фактором на систему подрессоривания. Интенсивность данного возмущения и возникающих вследствие колебаний главным образом определяется микропрофилем дорожной поверхности, скоростным режимом движения и характеристиками шины [21]. Для ТС сельскохозяйственного назначения по сравнению с дорожными автомобилями, преимущественно эксплуатирующимися на асфальтовых дорогах с твердым покрытием, интенсивность возмущений и возникающих колебаний значительно превосходит.

В настоящее время на ТС сельскохозяйственного назначения используются большей частью зависимые подвески с металлическим упругим элементом и гидравлическими телескопическими амортизаторами. Обеспечение демпфирования колебаний подрессоренных масс ТС осуществляется путем трансформации механической энергии колебательного процесса в тепловую путем дальнейшего рассеивания ее в окружающую среду. В гидравлических демпфирующих элементах этот процесс происходит путем дросселирования гидравлической рабочей жидкости через калиброванные отверстия в амортизаторе, сопровождаемое нагревом рабочей жидкости. Выделившееся тепло рассеивается через наружные поверхности амортизатора в окружающую среду. При отсутствии амортизаторов демпфирование осуществляется за счет

рассеивания энергии в виде гистерезисных потерь в массиве материала шины при его деформации.

Тепловую мощность, рассеиваемую 1 амортизатором, установленном на грузовом ТС сельскохозяйственного назначения, можно оценить по формуле (1) [22, 23]:

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Климов Александр Владимирович, 2019 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Чудаков, Е.А. Теория автомобиля: учеб. для высш. техн. учеб. заведений / Е.А. Чудаков. - 3-е перераб. и доп. изд. - М.: Машгиз, 1950. - 343 с.

2. Фалькевич Б.С. Теория автомобиля: учебник / Б.С. Фалькевич. - Изд. 2-е, перераб. и доп. - М.: Машгиз, 1963. - 239 с.

3. Никитин А.О. Теория подрессоривания гусеничных и колесных машин - М., 1969. - 86с.

4. - Конструкция автомобиля. Шасси: Учеб. для студентов вузов, обучающихся по направлению «Назем. трансп. системы» и специальности «Автомобиле- и тракторостроение» / Н. В. Гусаков, И. Н. Зверев, А. Л. Карунин [и др.]; Под общ. ред. А. Л. Карунина. - М.: МГТУ "МАМИ", 2000. - 525 с.

5. ОСТ 37.001.277-84. Подвеска автотранспортных средств. Термины и определения. - Введен впервые; Введ. с 01.01.85. - М.: НАМИ, 1985. - 7 с.

6. Колебания автомобиля. Испытания и исследования [Текст] / Я.М. Пе-взнер [и др.] ; под ред. Я.М. Певзнера. - М.: Машиностроение, 1979. - 208 с.,

7. Пархиловский, И.Г. Автомобильные листовые рессоры. Теория, расчет и испытания [Текст] / И.Г. Пархиловский. - Изд. 2-е, перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1978. - 232 с.

8. Ротенберг, Р.В. Подвеска автомобиля. Колебания и плавность хода [Текст] /Р.В. Ротенберг. - Изд. 3-е, перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1972. - 392 с.

9. Жилейкин, М.М. Методика подбора характеристик управляемой подвески с двумя уровнями демпфирования многоосных колесных машин [Электронный ресурс] / М.М. Жилейкин, Г.О. Котиев, Е.Б. Сарач // Наука и образование. - 2012. - № 2. - С. 1-10. - URL: http://technomag.edu.ru/doc/293578.html

10. Жилейкин, М.М. Методика расчета характеристик пневмогидравли-ческой управляемой подвески с двухуровневым демпфированием многоосных колесных машин [Электронный ресурс] / М.М. Жилейкин, Г.О. Котиев,

Е.Б. Сарач // Наука и образование. - 2012. - № 1. - С. 1-23. - URL: http://technomag

11. Жилейкин, М.М. Разработка закона стабилизации корпуса многоосных колесных машин при силовом и кинематическом воздействии на базе пропорционально-дифференциального регулятора с адаптивной настройкой параметров [Электронный ресурс] / М.М. Жилейкин, И.В. Федотов // Наука и образование. - 2013. - № 6. - С. 151-170. - URL: http://technomag.edu.ru/doc/567697.html.

12. Жилейкин, М.М. Разработка непрерывного закона управления полуактивной системой подрессоривания с нечеткой настройкой параметров [Электронный ресурс] / М.М. Жилейкин, И.В. Федотов, Л.Р. Мардеева // Наука и образование. - 2013. - № 7. - С. 145-158. - URL: http://technomag.edu.ru/doc/567714.html.

13. Раймпель, Й. Шасси автомобиля : Амортизаторы, шины и колеса [Текст] /Й. Раймпель ; пер. с нем. В.П. Агапова, под ред. О.Д. Златовратского.

- М.:Машиностроение, 1986. - 320 с.

14. Раймпель, Й. Шасси автомобиля : Элементы подвески [Текст] / Й. Раймпель ; пер. с нем. А.Л. Карпухина, под ред. Г.Г. Гридасова. - М.: Машиностроение, 1987. - 284 с.

15. Dixon, J.C. The Shock Absorber Handbook [Text] / J.C. Dixon. - 2-d ed.

- Chichester : John Wiley, 2007. - 432 p.

16. Bauer, W. Hydropneumatic suspension systems [Text] / W. Bauer. - New York: Springer, 2011. - 237 p.

17. Андрейчиков, А.В. Автоматизация проектирования активных подвесок транспортных средств / А.В. Андрейчиков, О.Н. Андрейчикова, А.С. Го-роб-цов // Вестник машиностроения. - 2009. - № 2. - C. 22-25.

18. Подзоров, А.В. Математическое моделирование подвески АТС с учетом особенности работы гидроамортизатора на высоких частотах: дис. ... канд. техн.наук: спец. 05.05.03 / А.В. Подзоров ; ВолгГТУ. - Волгоград, 2010.

- 120 с.

19. Тольский, В.Е. Современные методы проектирования автомобиля. Проблемы и пути их решения [Текст] / В.Е. Тольский, А.С. Горобцов, С.М. Воеводенко //Автомобильная промышленность. - 2008. - № 10. - С. 34-36.

20. Blundell, M. The Multibody Systems Approach to Vehicle Dynamics [Text] /M. Blundell, D. Harty. - 2-d ed. - Boston, MA : Elsevier, 2014. - 768 p.

21. Жеглов Л.Ф. Спектральный метод расчета систем подрессоривания колесных машин. Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2013. 212 с.

22. Афанасьев, Б.А. Проектирование полноприводных колесных машин / Б.А. Афанасьев, Б.Н. Белоусов, Л.Ф. Жеглов // Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2013. 432 с.

23. Амортизаторы. Конструкция, расчёт, испытания / Под общ. ред. В.Н. Добромирова. - М.: МАМИ, 2006. - 184 с.

24. M. Donahue, «Implementation of an active suspension preview controller for improved ride comfort» M.S. thesis, Univ. California, Berkeley, CA, 2001.

25. A. Mulla, D. Unune, Active Suspensions Future Trend of Automotive Suspensions, International Conference on Emerging Trends in Technology and its Applications ICETTA-2013.

26. Сергиенко, А.Н., Анализ конструкций электромеханических преобразователей и выбор схемы электроамортизатора неподрессоренных масс транспортного средства [Текст] / Сергиенко А.Н., Любарский Б.Г., Самородов В.Б., Сергиенко Н.Е. // Автомобильный транспорт. - 2012. - №31. - с 18.

27. Посметьев, В.И. Оценка эффективности применения системы рекуперации энергии в подвеске автомобиля [Текст] / В.И. Посметьев,М.В. Дра-палюк, В.А. Зеликов // Научный журнал КубГАУ. - 2012. - №76(02). - с. 1.

28. Бабикова, Н.Л. К вопросу о классификации линейных электрических генераторов [Текст] / Н.Л. Бабикова, Р.Р. Саттаров, Е.А. Полихач // «Энергетика. Электротехнические комплексы и системы», Вестник УГАТУ. - 2009. -т.12, №1(30). с. 144-149.

29. Ruichen Wang Ball Modelling, Testing and Analysis of a Regenerative Hydraulic Shock Absorber System / Ruichen Wang, Fengshou Gu, Robert Cattley, Andrew D. // Energies - 2016. No.9(5), 386. - 24 p.

30. Никонов, В.О. Состояние проблемы и анализ конструкций систем рекуперации энергии в подвесках колесных машин [Текст] / В.О. Никонов, В.И. Посметьев // Воронежский научно-технический вестник. - 2018. -№2(24). с . 20-39.

31. Regenerative shock absorbe : Patent CN102007008 / Shakeel Avadhany, Paul Abel, Vladimir Tarasov, Zack Anderson ; Levant power Corp. - 06.04.11.

32. Harvesting energy from vehicular vibrations : Patent US7938217 / Namuduri Chandra S, Li Yunjun, Talty Timothy J, Elliott Robert B, McMahon Nancy ; GM Global Technology Operations LLC - 22.11.11.

33. An air suspension system and method for energy recovery : пат. 105346349B CN, МПК B60G 13/14 / Сюй СинЛу, ШаньфэнЧэнь, ЛонгСунь, СяоцянЦзян, ХаобинВан, РуохенЛи Сяньбо. заявл. 19.11.2015. - опубл. 07.06.2017.

34 Рябов, И. М. Экспериментальные исследования инерционно-фрикционных демпферов в системах подвешивания транспортных средств [Текст] / И. М. Рябов и др. // Вестник ИрГТУ № 2(42), 2010. - С. 146-154.

35. Воробьев, В. В. Совершенствование конструкционных параметров инерционно-фрикционного амортизатора подвески АТС [Текст] / В. В. Воробьев // автореф. дисс. на соиск. учен. степен. канд. техн. наук по спец. 05.05.03, 2006. - 21 с.

36. Rakshith, M. Bose automotive suspension / M. Rakshith, L. Yathin Kumar, S. G. Vikas // International journal of technology and engineering (IJRTE) 2014. - Vol. 3 Issue-4 ; ISSN: 2277-3878

37. Сарбаев, В.И. Рекуперативный амортизатор [Текст] / В.И. Сарбаев, Ю.В. Гармаш, Л.Г. Блинникова // Вестник машиностроения. - 2016. №8. - с. 52-54.

38. Сарбаев, В.И., Устройство управления магнитным генератором-амортизатором для автомобиля [Текст] / В.И. Сарбаев, Ю.В. Гармаш, В.Г. Сидельников, Л.Г. Блинникова // Электроника и электрооборудование транспорта. - 2015. - № 1. - с. 7-10.

39. Chen, C. A self-sensing magnetorheological damper with power generation / C. Chen, W-H. Liao // Smart Materials and Structures- - 2012/ No. 2 - Vol. 21 pp. 025014-1 - 025014-14.

40. Sodano. H. A. Eddy current damping in structures // H. A. Sodano, J. Bae, The Shock and Vibration Digest. 2004. No. 6 - Vol. 36 - pp. 469-478.

41. «Audi создала систему получения электричества от кочек на дорогах» [Электронный ресурс]: https://www.drive2.ru7c/452491916857049312/

42. Gupta, A. Design of electromagnetic shock absorbers / A. Gupta, A. J. Jendrzejczyk, M. T. Mulcahy, R. J. Hull // Int. J. Mech. Mater. Design. - 2006. -No. 3- Vol. 3 - pp. 285-291.

43. Apparatus and method for converting movements of a vehicle wheel to electricity for charging a battery of the vehicle : Patent US7261171 : A. de la Torre Roger, P. LaConte Matthew ; Towertech Research Group. - 28.08.07.

44. Li, Z. Electromagnetic Energy-Harvesting Shock Absorbers: Design, Modeling, and Road Tests / Z. Li, L. Zuo, G. Luhrs, L. Lin, Y. Qin // IEEE transactions on vehicular technology. - 2013. No. 3. Vol. 62. pp. 1065-1074.

45. Зеер, В. А. Возможность применения электромагнитного генератора вращательного типа в качестве демпфера подвески автомобиля [Текст] / В. А. Зеер, А. А. Сорокин, Д. Л. Окладников // Труды IV международной научно-технической конференции, 2015. - с. 181-187.

46. Li, Z. Energy-Harvesting Shock Absorber with a Mechanical Motion Rectifier / Z. Li, L. Zuo, J. Kuang, G. Luhrs // Smart Materials and Structures. - 2012. No 16.

47. Электромагнитный амортизатор с рекуперативным эффектом: пат. 169464 Рос. Федерация : МПК B60G 13/14, F16F15/03, F03G / Киреев А.В., Кожемяка Н.М., Бурдюгов А.С., Назаренко С.В., Климов А.В.; заявитель и

патентообладатель ЗАО «НТЦ «ПРИВОД-Н». № 2016121543; заявл. 31.05.2016 ; опубл. 21.03.2017, Бюл. №9. - 7 с.

48. Система подвеса транспортного средства : пат. RU 2395407 C2, Рос. Федерация : МПК B60G 23/00 / И. Хирофуми, Д. Хироаки, О. Казуо ; заявитель и патентообладатель - Тойота Дзидося Кабусики Кайся. № 2008141759/11; заявл. 06.03.2007 ; опубл. 27.07.2010, Бюл. №21. - 83 с.

49. Ebrahimi, B. A novel eddy current damper: theory and experiment / B. Ebrahimi, M. B. Khamesee, and F. Golnaraghi // Journal of Physics D: Applied physics. 2009. - No. 7. Vol. 42. - pp. 1 -6.

50. Tonoli, A. Dynamic characteristics of eddy current dampers and couplers // Journal of Sound and Vibration. 2007. No. 3. Vol. 301. pp. 576-591.

51. Amati, N. Dynamic behavior of torsional eddy-current dampers: Sensitivity of the design parameters / N. Amati, A. Tonoli, A. Canova, F. Cavalli, and M. Padovani // IEEE Transactions on Magnetics. - 2007. - No. 7 Vol. 43. - pp. 3266-3277.

52. Gysen, B.L.J. Direct-drive electromagnetic active suspension system with integrated eddy current damping for automotive applications / B.L.J. Gysen, J.J.H. Paulides, E.A. Lomonova // Faculty of Electrical Engineering Eindhoven University of Technology Eindhoven, The Netherlands. - 2015. http: //www. researchgate. net.

53. Boldea, I. Linear Electric Actuators and Generators/ I. Boldea, S. A. Na-sar // Cambridge University Press 1997.

54. Gliga, V. Modular transversal flux tubular machine - presentation and progress achievements / V. Gliga, D. Popa, V. Iancu // Annals of the University of Craiova, Electrical Engi-neering series. - 2011. - No. 35; ISSN 1842-4805.

55. Popa, D. Design of a Novel Tubular Transverse Flux Reluctance Machine / D. Popa, L. Szabo, V. Gliga, V. Iancu // Annals of the University of Craiova, Electrical Engineering series. 2011. No. 35; ISSN 1842-4805.

56. Popa, D. Theoretical and experimental study of a modular tubular transverse flux reluctance machine / D. Popa, L. Szabo, V. Gliga // Progress In Electromagnetics Research. 2013. - Vol. 139. pp. 41 - 55.

57. Zhang, Z. Application of linear switched reluctance actuator in active suspension systems // Ph.D, The Hong Kong Polytechnic University. 2012.

58. Gysen, B. Active Electromagnetic Suspension System for Improved Vehicle Dynamics / B. Gysen, J. Paulides, J. Janssen, E. Lomonova // IEEE Transactions on vehicular technology, - 2010. - No. 3 - Vol. 59.

59. Zhang, Z. Application of Linear Switched Reluctance Motor for Active Suspension System in Electric Vehicle / Z. Zhang, N. C. Cheung, K. W. E. Cheng // World Electric Vehicle Journal - 2010. Vol. 4 ISSN 2032-6653, 2010 WEVA, pp. 14-21.

60. ГОСТ 14254-2015 (IEC 60529:2013) Степени защиты, обеспечиваемые оболочками (Код IP). - М.: Стандартинформ, 2016 - 34 с.

61. ГОСТ 17516.1-90 Изделия электротехнические. Общие требования в части стойкости к механическим внешним воздействующим факторам (с Изменениями N 1, 2) - М.: Стандартинформ, 2007 - 60 с.

62. ГОСТ Р 52776-2007 (МЭК 60034-1-2004). Машины электрические вращающиеся. Номинальные данные и характеристики) - М.: Стандартин-форм, 2008 - 74 с.

63. Электрические машины (специальный курс): Учеб. для вузов по спец. «Электрические машины» / Г.А. Сипайлов [и др.]. - М.: Высш. шк., 1987. - 287 с.

64. Соколовский, Г.Г. Электроприводы переменного тока с частотным регулированием: учебник для студ. высш. учеб. заведений / Г.Г. Соколовский. - М.: Издательский центр «Академия», 2006. - 272 с.

65. Новые серии многофункциональных векторных электроприводов переменного тока с универсальным микроконтроллерным ядром / А.Б. Виноградов [и др.] // Привод и управление. - 2002. - №3. - С. 5-10.

66. Проектирование электрических машин. В 2 т. Т. 1 / И.П. Копылов [и др.]. - М.: Энергоатомиздат, 1993. - 464 с.

67. Виноградов Н.В. Проектирование электрических машин / Н.В. Виноградов, Ф.А. Горяинов, П.С. Сергеев, -М., «Энергия», -1969. -707 с.

68. Калачев, Ю.Н. Векторное регулирование, заметки практика [Электронный ресурс] http://www.privod-news.ru/docs/Vector_Kalachev.pdf.

69. Копылов, И.П. Математическое моделирование электрических машин / И.П. Копылов - М.: Высш. шк., 2001. - 327 с.

70. Голдберг, О.Д. Проектирование электрических машин [Текст] / О.Д. Голдберг, И.С. Свириденко. - Высшая школа, 1984. с.431.

71. Шрейнер, Р.Т. Координатная стратегия управления непосредственными преобразователями частоты с ШИМ для электроприводов переменного тока [Текст] / Р.Т. Шрейнер, В.К. Кривовяз, А.И. Калыгин // Электротехника. - 2003. - №6. - С. 39-47.

72. Электрические машины (специальный курс): Учеб. для вузов по спец. «Электрические машины» / Г.А. Сипайлов [и др.]. - М.: Высш. шк., 1987. - 287 с. 294.

73. Анучин, А.С. Системы управления электроприводов: учебник для вузов. - М.: Издательство МЭИ, 2015. -373.с

74. Строганов, В.И. Математическое моделирование основных компонентов силовых установок электромобилей и автомобилей с КЭУ: учеб. пособие / В.И. Строганов, К.М. Сидоров. - М.: МАДИ, 2015. - 100 с.

75. Гайдар, С.М. Планирование и анализ эксперимента: учебник. М.: изд-во ФГБНУ «Росинформагротех, 2015. 548 с.

76. Гайдар, С.М. Подходы к определению технического состояния транспортных средств [Текст] / С.М. Гайдар, Ю.А. Заяц, Т.М. Заяц, А.О. Власов // Грузовик: транспортный комплекс, спецтехника. - 2015. - №5. с. 27 -30.

77. Кравченко, И.Н. Обоснование факторов, оказывающих влияние на надежность специальной техники в особых условиях эксплуатации [Текст] /

И.Н. Кравченко, С.М. Гайдар, Л.В. Жуков, П.Г. Ларин // Фундаментальное исследование. 2014. - №3-2. с. 262 - 266.

78. Пиотровский, Л. М. Испытание электрических машин. Ч. 2. [Текст] / Л.М. Пиотровский, С. Б Васютинский., Е.Д. Несговороеа М.: 1960. — 290 с.

79. Новицкий, П.В. Оценка погрешностей результатов измерений [Текст] / П.В. Новицкий, И.А. Зограф. Л.: Энергоатомиздат. Ленинград. Отделение, 1985. 248 с.

80. Заяц, Ю.А. Обеспечение работоспособности сельскохозяйственной техники применением технологий резервирования в системе топливоподачи дизелей. дисс. на соискание уч. степени доктора техн.наук. Специальность 05.20.03 - Технологии и средств технологического обслуживания в сельском хозяйстве. - Москва. - 2013.

81. Эксплуатация и техническое обслуживание автомобилей КамАЗ-5320, КамАЗ-53212, КамАЗ-5410, КамАЗ-54112, КамАЗ-5511. Составители: Р.А. Мартынова, В.А. Трынов. В.С. Прокопьев, под общей редакцией Л.Р. Пергамента. М.: Недра, 1981. — 424 с.

82. Руководство по эксплуатации РЭ 4308-3902102. Модели КАМАЗ-4308, 5308, 53082. Набережные Челны, 2014. 208 с.

83. Каталог автозапчастей для КамАЗ-4308 [Электронный ресурс]. - режим доступа: https://www.konsulavto.ru/acat/trucks/kamaz/kamaz-4308

84. КАМАЗ 4308-69 05 Технические характеристики [Электронный ресурс]. - режим доступа: https://kamaz.ru/production/serial/bortovye-avtomobili/kamaz-4308-r4/

85. СП 34.13330.2012 Автомобильные дороги. Актуализированная редакция СНиП 2.05.02-85* (с Изменением N 1) [Электронный ресурс]. - режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/1200095524.

86. СП 99.13330.2016 Внутрихозяйственные автомобильные дороги в колхозах, совхозах и других сельскохозяйственных предприятиях и организациях [Электронный ресурс]. - режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/456044292

87. Kireev, A.V. Test Bench Trials of the Electromagnetic Regenerative Shock Absorber / A.V Kireev, N.M. Kozhemyaka, A.S. Burdugov, S.V. Nazaren-ko and A.V. Klimov // International Journal of Applied Engineering Research. -2017. Vol. 12, №. 17. - рр. 6354-6359. - ISSN 0973-4562.

88. Hyniova. K Usage of one-quarter-car active suspension test stand for experimental verification // WSEAS Transactions on Applied and Theoretical Mechanics. - 2017. - Vol.12. - рр. 17-24.

89. Kireev A.V. Review on electromagnetic energy-regenerative shock absorbers / A.V Kireev, Kozhemyaka N.M., Burdugov A.S.,Nazarenko S.V., Klimov A.V.// Journal of Engineering and Applied Sciences. 2016. - Vol. 11. - рр. 25512556. ISSN 1816-949Х.

90. Шалыгин, А.С. Прикладные методы статистического моделирования [Текст] / А.С. Шалыгин, Ю.В. Палагин. М.: МАшиностроение, 1986. 320 с.

91. Черных, И.В. SIMULINK: среда создания инженерных приложений / И. В. Черных; под общ. ред. В. Г. Потемкина. - М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 2003. -496 с.

92. Черных, И. В. Моделирование электротехнических устройств в MATLAB, SimPowerSystems и Simulink / И. В. Черных. - М.: ДМК Пресс; СПб.: Питер, 2008. - 288 с.

93. Герман-Галки,н С.Г. Matlab & Simulink Проектирование мехатрон-ных систем на ПК / С.Г. Герман-Галкин. СПб.: КОРОНА-Век, 2008. - 368 с.

94. Климов, А.В. Численное моделирование динамики подрессореной части быстроходной гусеничной машины / Климов А.В., Малахов Д.Ю. // Теоретические и экспериментальные исследования многоцелевых гусеничных и колесных машин: Сборник научных трудов МАДИ. 2010. с. 104-110.

95. Маликов, Р.Р. Оценка возможности рекуперации энергии колебаний в системе подрессоривания двухосного грузового автомобиля [Текст] / Маликов Р.Р., Смирнов А.А., Климов А.В. // Известия МГТУ «МАМИ» Транспортные машины, Транспортно-технологические средства и энергетические установки - №4 (30) 2016. с. 42-49.

96. Климов, А.В. Анализ энергетических характеристик систем подрес-соривания колесных машин [Текст] // Труды НАМИ. - 2014. - Выпуск 257. -с.83 - 86.

97. Siczek, K. Researches on the amount of recuperated energy by electromagnetic shock absorber in small car / K. Siczek, M. Kuchar // Journal of KONES Powertrain and Transport - 2013. - Vol. 20, No.3.

98. Mendrela, E. Electric Shock Absorber for Electric Vehicles / E. Mendrela, R. Drzewoski // Conference Proceedings of BASSIN'2000, Lodz, Poland. - 2000.

99. Energy Efficiency & Renewable Energy. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.fueleconomy.gov/FEG/atv.shtml.

100. Emam, M. A. Interaction Model for Off-Road Vehicles/ M. A. Emam, A., Shaaban, S., El-Demerdash, S., El-Zomor, H., A Tyre-Terrain //Journal of Mechanical Engineering Research. - 2011. - Vol. 3, No. 7, pp. 226-238.

101. Борисевич, А.В. Моделирование литий-ионных аккумуляторов для систем управления батареями: обзор текущего состояния // Современная техника и технологии. 2014. № 5 [Электронный ресурс]. URL: http://technology.snauka.ru/2014/05/3542 (дата обращения: 31.07.2014).

102. Barsali, T. Dynamic models of lead acid batteries / T. Barsali, Massimo Ceraolo // IEEE Transactions on Energy Conversion - No.1. - Vol.17.

103. Quree, B. Dynamic modeling, monitoring and control of energy storage system // Degree Project of Master's Program in Electrical Engineering, Karlstad University. - 2013.

104. Карпухин, К.Е. Об аспектах безопасности тяговых аккумуляторных батарей электрифицированных транспортных средств. Анализ факторов, влияющих на ресурс, и некоторые методы его оценки [Текст] / К.Е. Карпухин, Р. Ш. Биксалеев, А. В. Климов, Б. К. Оспанбеков // Журнал автомобильных инженеров. - 2017. №6 (107). с.26-29.

105. Маликов, Р.Р. Математическая модель автомобиля с расширителем пробега [Текст] / Р.Р. Маликов, А.В. Климов, Р.Ш. Биксалеев // Проблемы

механики современных машин. Материалы VII Международной конференции. Том 2. - 2018. - с.152-156.

106. Котиев, Г.О. Математическая модель движения вездеходного транспортного средства [Текст] / Г.О. Котиев, В.А. Горелов, А.А. Бекетов // Журнал автомобильных инженеров. 2008. - №1(48). - с.50-54.

107. Смирнов, А.А. Определение потребной энергоемкости накопителей электробуса методами имитационного моделирования [Текст] / А.А. Смирнов, Н.А. Пикалов // Инженерный вестник. Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана. -

2016. - №12. с.43-52.

108. Косицын, Б.Б. Метод определения энергоэффективного закона движения электробуса по городскому маршруту дисс. канд. техн. наук. Специальность 05.05.03 - Колесные и гусеничные машины. - Москва. - 2017. - 165 с.

109. Литвинов, А.С. Автомобиль: Теория эксплуатационных свойств: Учебник для вузов по специальности «Автомобили и автомобильное хозяйство». /А.С. Литвинов, Я.Е. Фаробин М.: Машиностроение, 1989. - 240 с.

110. Оспанбеков, Б.К. Повышение энергетической эффективности и эксплуатационных показателей электромобилей дисс. канд. техн. наук. Специальность 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы. - Москва. -

2017. - 160 с.

111. ГОСТ 5513-97 Шины пневматические для грузовых автомобилей, прицепов к ним, автобусов и троллейбусов. Технические условия (с Изменением N 1) - М.: Стандартинформ, 2002. - 30 с.

112. Oprea, C. A. Permanent Magnet Linear Generator for Renewable Energy Applications: Tubular vs. Four-Sided Structures / C. A. Oprea, C. S. Martis, F. N.Jurca, D. Fodorean, L. Szabó // Clean Electrical Power (ICCEP). International Conference on. - 2011. - pp. 588-592. - E-ISBN 978-1 -4244-8928-2.

113. Климов, А.В. Выбор типа конструкции и определение параметров и характеристик амортизатора с рекуперативным эффектом [Текст] / Климов А.В., Карелина М.Ю. // Труды НАМИ - 2017. - Выпуск №3 (270) с. 74-81.

114. Zuo, L. Design and characterization of an electromagnetic energy harvester for vehicle suspensions / L. Zuo, B.Scully, J. Shestani, Y.Zhou // Smart Materials and Structures. - 2010. - №19, pp. 1-11.

115. Гибридный амортизатор с рекуперативным эффектом : пат. 179596 Рос. Федерация : МПК B60G 13/14, F16F15/03, F16F9/12 F03G 7/08 / Киреев А.В., Кожемяка Н.М., Бурдюгов А.С., Назаренко С.В., Климов А.В. ; заявитель и патентообладатель ЗАО «НТЦ «ПРИВОД-Н». - № 2017131945; заявл. 12.09.2017 ; опубл. 17.05.2018, Бюл. №.14 - 8 с.

116. Тарасов, Е.А. Исследование эффективности рекуперативных элементов ходовой части трактора с помощью имитационной динамической модели. // ИВУЗ. «Лесной журнал». - 2009. - № 2; ISSN 0536 - 1036.

117. Тарасов, Е.А. Сравнительная оценка эффективности применения рекуперативных систем на лесохозяйственном агрегате. // Вестник КрасГАУ. - 2011. - №5. - с.131-134.

118. Тарасов, Е. А. Совершенствование параметров ходовой части, навесного механизма и предохранителя, обеспечивающих топливную экономичность лесохозяйственных агрегатов: дисс. канд. техн. наук. Специальность 05.21.01 - Технология и машины лесозаготовки лесного хозяйства -Воронеж, 2007. - 175 с.

119. Kireev, A.V. Regenerative Shock Absorber in the Vehicle Suspension System / A.V. Kireev, N.M. Kozhemyaka, A.S. Burdugov, S.V. Nazarenko and A.V. Klimov // International Journal of Applied Engineering Research. - 2017. Vol. 12, №. 22 - рр. 12390-12394. - ISSN 0973-4562.

120. ГОСТ Р ЕН 1986-1-2011 Автомобили с электрической тягой. Измерение энергетических характеристик. Часть 1 Электромобили. - М.: Стандар-тинформ, 2012. - 24 с.

121. Трактор МТЗ 82 .1 Беларус [Электронный ресурс]. - режим доступа: http://beltrakt.ru/traktory/mtz-800/traktor-belarus-mtz-821.

122. Динамика системы дорога-шина-автомобиль-водитель / под.ред. А.А. Хачатурова. М.: Машиностроение, 1976. - 536 с.

123. OCT 37.001.291-84. Автотранспортные средства. Технические нормы плавности хода.

124. ОСТ 37.001.252-82. Автотранспортные средства. Методы определения основных параметров, влияющих на плавность хода.

125. Воробьев, В.В. Оценка плавности хода автомобиля [Текст] / В.В. Воробьев, И.М. Рябов, К.В. Чернышов, С.В. Данилов // Грузовое и пассажирское автохозяйство. - 2005. - № 3. - с.35-38.

127. Тишин, А.М. Перспективы применения редкоземельных постоянных магнитов электроприводах специального назначения. К 100-летию использования постоянных магнитов в технике [Текст] // Инноватика и экспертиза: научные труды 2017. - №. 1(19). - с. 175-192.

128. Тишин, А.М. Оценка предельной плотности мощности и сравнительный анализ массогабаритных характеристик электромашин [Текст] // Инноватика и экспертиза. - Инноватика и экспертиза: научные труды 2017. -№. 2(20). - с. 148-170.

ПРИЛОЖЕНИЕ А Результаты исследований условий работы амортизаторов (справочное)

а)

400 -300 -200 -

100 -0 --100 --200 --300 --400 - 1 1 11 [ 1

-500 -

б)

в)

г)

а, в передний левый, б, г задний левый амортизатор Рисунок А.1 Скорость и перемещения штока амортизатора при движении по асфальтобетонной дороге со скоростью 30 км/ч

а, в передний левый, б, г задний левый амортизатор Рисунок А.2 Скорость и перемещения штока амортизатора при движении по асфальтобетонной дороге со скоростью 50 км/ч

а)

б)

V, мм/с

0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 О

-ОД -0,2 -0,3

_ L 44

4. ш Iii 1, ill „Ii Li I 1.1 Iii 111 iL iL

I |I1 fl'lj'l " | ЦП ' .j.^b.JLli.-Uj juij ь fi'i|npipfl г .«1 iiimp^i !<i[ i| Ы jitiJiiitillttlL цШ Mil

1 1 г

1

в)

г)

а, в передний левый, б, г задний левый амортизатор Рисунок А.3 Скорость и перемещения штока амортизатора при движении по асфальтобетонной дороге со скоростью 70 км/ч

а, в передний левый, б, г задний левый амортизатор Рисунок А.4 Скорость и перемещения штока амортизатора при движении по

грунтовой дороге со скоростью 30 км/ч

2000 1500 1000 500 0

-500 -1000 -1500

V, мм/с

а)

|| [1.1 || 1и 1П .1 || 1 и и 1 • 1 1 II 1.11 ,1 1 II

1 |У , и,||| ,„1 ьа и.. 1 м л 1 1 11

'11| " тт 1.....г 1 П'П'г ТЦТИ'ЦМ МП Г 1" V Г1!1 Г Г|" ши ч 1

г 1 ■ 1 1 1 1 11

в)

"/.......

||

л II , 1 п II и. ii.li. 1, ... 1, .1

1 1 № , ШР 1' 11Р 1 1

шн да* 1 1 Г I1 ,1.1 |1 |1и||Л|| Ж к N11И.,

Е н рт'И!1 0 3 31' ч; п >||| г ,1н8

Г! Л 1 и

ш

v " 1 i1 1Г

б)

г)

а, в передний левый, б, г задний левый амортизатор Рисунок А.5 Скорость и перемещения штока амортизатора при движении по

грунтовой дороге со скоростью 45 км/ч

а, в передний левый, б, г задний левый амортизатор Рисунок А.6 Скорость и перемещения штока амортизатора при движении по

грунтовой дороге со скоростью 60 км/ч

ПРИЛОЖЕНИЕ Б Технические характеристики АРЭ

(справочное)

Амортизатор с рекуперативным эффектом имеет следующие технические характеристики:

- частота вращения, об/мин 200 1500

- номинальная полезная мощность, Вт 62 900

- номинальное напряжение (лин.), В 10,3 137

- напряжение холостого хода (лин.), В 27,5 210

- номинальный ток фазы, А 4,0 4,0

- номинальная частота выходного напряжения, Гц 33,3 250

- плотность тока в обмотке, А/ мм2 3,5 3,5

- коэффициент полезного действия 0,40 0,74

- суммарные потери мощности, Вт 98,6 313,4

- момент на валу, Нм 7,8 7,6

- кратность размагничивающего тока, о.е. 10 10

Размеры активной части

- длина сердечника статора - 260 мм;

- длина вылета лобовых частей обмотки - 20 мм;

- внутренний диаметр сердечника статора - 54 мм;

- внешний диаметр сердечника статора - 90 мм;

- длина индуктора - 255 мм;

- внешний диаметр индуктора - 54 мм;

- минимальный воздушный промежуток - 1 мм;

- высота полюса (максимальная) - 2 мм;

- внутренний диаметр ярма индуктора - 42 мм.

Рисунок Б1. Размеры активной части

Размеры паза (см. прил.3.)

- количество пазов

- зубцовое деление

- скос пазов

- площадь паза в штампе

- полюсное деление

24;

7,07 мм; 0,3;

82 мм2; 8,48 мм.

Рисунок Б2. Размеры паза статора

Обмоточные данные

- тип обмотки

- способ соединения

- количество фаз

- количество полюсов

- количество слоев обмотки

- количество полюсов на полюс и фазу

- класс нагревостойкости изоляции

- диаметр проводника

- количество эффективных проводников в пазу

- количество элементарных проводников в пазу

- петлевая;

- У;

- 3;

- 20; - 2;

- 0,4;

- Р;

- 0,6/0,66 мм;

- 32;

- 128;

количество элементарных проводников в эффективном - 4;

- количество параллельных веток

- количество последовательных витков в фазе

- коэффициент заполнения паза

- обмоточный коэффициент

- шаг обмотки (зуб.делений) Марки используемых материалов:

- сталь сердечника статора

- проводник обмотки статора

- материал постоянных магнитов

- сталь ярма ротора

- 1; - 128;

- 0,65;

- 0,93;

- 1.

- 2421 (ГОСТ 21427.2-83);

- ПЭТ 155 (ТУ16-505.937-76);

- №8И;

- Ст.3 (ГОСТ 380);

- пазовая изоляция - Синтофлекс 616 ТУ 3491-003-00214639 толщиной 0,25 мм.

Параметры генератора:

- активное сопротивление фазы при рабочей температуре 1,83 Ом;

- индуктивность фазы собственная/взаимная 5,65/0,617

мГн;

- момент инерции ротора - 0,71-10-3 кгм2.

ПРИЛОЖЕНИЕ В Алгоритм управления комплектом амортизаторов с

рекуперативным эффектом

_( НАЧАЛО )

/Задание параметров регулирования, коэффициентов обратных связей

Рисунок В.1 - Блок-схема алгоритма управления преобразователем ПСУА

В блоке определения направления движения и скорости БОНДС сигналы иа, иЬ, ис фазных ЭДС генератора АРЭ преобразуются в прямоугольные импульсы, по частоте следования которых определяется частота вращения генератора Fgen. По порядку чередования фаз (а-Ь-с или Ь-а-с) определяется направление линейного перемещения штока амортизатора (сжатие или отбой). Скорость линейного перемещения штока амортизатора Уш пропорциональна частоте вращения генератора Уш=кш-Б^п. Далее по зависимости силы сопротивления от направления движения и скорости перемещения определяется значение тока генератора для формирования соответствующей силы при сжатии и при отбое.

^сопр = /Ош); !деп f(ECопр)>

На основании заданного значения ^еп и действительного значения тока генератора на каждом такте ШИМ Тшим вычисляется значение ПИ регулятора скважности Тскв работы силового ключа УТ. Электрическая схема ПСУА разработана ЗАО «НТЦ ПРИВОД-Н» показана на рисунке В.2.

Рисунок В.2 - Схема силового преобразователя ПСУА Энергия, накопленная в обмотках L1, L2, L3 генератора G при размыкании силового ключа УТ, заряжает входной конденсатор С1 блока БУЗ до напряжения ис, ограниченного значением итах, при котором производится аварийное отключение системы управления.

Рисунок В.3 - Блок-схема алгоритма управления зарядного устройства

Алгоритм управления БУЗ заключается в передаче избыточной энергии входного конденсатора С1 в накопитель энергии АБ путем формирования

ШИМ-последовательности импульсов управления силовым ключом VT с величиной скважности, зависящей от уровня напряжения Uc. Схема блока управления зарядом, разработанная ЗАО «НТЦ ПРИВОД-Н», представлена на рисунке В.4.

Рисунок В.4 Схема блока управления зарядом

ПРИЛОЖЕНИЕ Г Описание файла исходных данных и расчета статических характеристик системы (справочное)

clear all clc

global g L v M m_m m_m2 B B1 l1 l2 J_prod J_pop J_m Ml M2

h_p_max h_sh_max

g=9.81;

L=7.9; %Колесная база %v=2 0/3.6;

M=12000-700; %масса подрессоренных частей M1=4500; % Нагрузка на переднюю ось M2=7500; % Нагрузка на заднюю ось

P_st_1=M1*g/2; % Сила, действующая на переднее колесо

P_st_2=M2*g/2; % Сила, действующая на заднее колесо

Cp1=187000; %Жесткость УЭ переднего колеса

Cp2=311000; %Жесткость УЭ заднего колеса

Ksh1=500;

Ksh2=1000;

m_m=600; %масса переднего моста

m_m2=3 0 0; %масса переднего моста

h_p_max=0.1; %половина хода подвески

h_sh_max=0.04; %максимальный прогиб шины

В=2;%колесная колея

В1=1.5;%рессорная колея

l1=2.7;

l2=-1.5;

%моменты инерции J_prod=M*LA2/12; J_pop=M*BA2/12;

J_m=m_m*Bл2/12,•%момент инерции моста % характеристики УЭ

f1 = [-h_p_max (-h_p_max+h_p_max*0.15) 0 (h_p_max-h_p_max*0.15) h_P_max]; %ход подвески (первая и последняя точки соответствуют работе ограничителей хода)

P_y_f1=[-100000 Cp1*(-h_p_max+h_p_max*0.15) 0 Cp1*(h_p_max-h_p_max*0.15) 100000];

f2 = [-h_p_max (-h_p_max+h_p_max*0.15) 0 (h_p_max-h_p_max*0.15) h_p_max]; %ход подвески (первая и последняя точки соответствуют работе ограничителей хода)

P_y_f2=[-150000 Cp2*(-h_p_max+h_p_max*0.15) 0 Cp2*(h_p_max-

h_p_max*0.15) 150000];

% Амортизаторы

load('K_p1.mat')

load('K_p2.mat')

load('P_y_v1.mat')

load('P_y_v2.mat')

load('V1.mat')

% Упругие характеристики шин

f_sh=[-1.1*h_sh_max -h_sh_max 0 h_sh_max 1.1*h_sh_max]; P_y_sh_1=[-100*P_st_1 -P_st_1-m_m*g/2 0 P_st_1+m_m*g/2 100*P_st_1];

P_y_sh_2=[-200*P_st_1 -2*P_st_1-m_m*g/2 0 2*P_st_1+m_m*g/2 200*P_st_1];

% Демпфирующие характеристики шин f_sh_t=[-9 -1 0 1 9]; P_d_sh1=[-Ksh1 -Ksh1 0 Ksh1 Ksh1]; P_d_sh2=[-Ksh2 -Ksh2 0 Ksh2 Ksh2]; % road generator

10=0.12;% длина пятна контакта, м %Грунтовая, в плохом состоянии

% D=102.2e-4; %дисперсия опорной поверхности, мЛ2 % a1fa_t=0.45; %параметр a1fa_t % betta_t=0.414; %параметр betta_t

% r=3.5; %коэффициент корреляции ординат профиля левой и правой колеи

%Грунтовая дорога в удовлетворительном состоянии % D=47.6e-4; %дисперсия опорной поверхности, мЛ2 % a1fa_t=0.38; %параметр a1fa_t % betta_t=0.47; %параметр betta_t

% r=4; %коэффициент корреляции ординат профиля левой и правой колеи

%Асфальто-бетонная дорога

D=5.33e-4; %дисперсия опорной поверхности, мл2 alfa_t=0.15; %параметр alfa_t betta_t=0.0; %параметр betta_t

r=5.4; %коэффициент корреляции ординат профиля левой и правой колеи

%Шоссейная дорога высокого качества % D=0.7 9e-4; %дисперсия опорной поверхности, мЛ2 % alfa_t=0.08; %параметр alfa_t % betta_t=0.143; %параметр betta_t

% r=5.8; %коэффициент корреляции ординат профиля левой и правой колеи

alfa_v=(alfa_t*v); % Зависимость коэффициента alfa от скорости v betta_v=(betta_t*v); % Зависимость коэффициента betta от скорости v

b=(sqrt(alfa_vA2+betta_vA2)); %int = 0; % Счетчик

% for i = 10/3.6 : 10/3.6 : 90/3.6 % цикл с известным числом (суммирует каждое последующее число с предыдущем) % int = int +1; % инкремент счетчика % v = i; % задаем скорость % Energyl(int) = max(Energy); % VA(int) = v; % Массив скоростей % end % конец цикла

figure(l); % Создаем первое окно графиков plot(VA,Energy1); % строим график ^^е('Рассеиваемая амортизатором энергия'); legend('Количество энергии'); х1аЬе1('Скорость, м/с'); у1аЬе1('Количество энергии, кВт*ч') grid on; % включаем сетку на графиках

ПРИЛОЖЕНИЕ Д Результаты имитационного моделирования переходных процессов

а)

б)

Э 05 N О) (!л 1 Ы О^ | 1м — М Нш

1 АЛА АЛЛ ААЛ АЛЛ

\J\Jx 1/1/1

0,010 0,012 0,014 0,016 0,018 0,020 0,022 0,024

в)

г)

а - фазные токи, б потокосцепления фаз, в - напряжения постоянного, фазного и линейного токов; г - электромагнитный момент

Рисунок Д.1 - Графики зависимостей параметров генератора от времени при скорости штока 1 м/с на холостом ходу и под нагрузкой:

а)

б)

М, Им — М.Нш

и с ео

0,1 20 0,1 30 0,1 40 0,1 50 0.1 60 0,1 70 0,1

в) г)

а - фазные токи, б потокосцепления фаз, в напряжения постоянного, фазного и линейного токов, г электромагнитный момент

Рисунок Д.2 - Графики зависимостей параметров генератора от времени при скорости штока 0,13 м/с на холостом ходу и под нагрузкой:

ПРИЛОЖЕНИЕ Е Результаты имитационного моделирования движения ТС

Результаты имитационного моделирования подзарядки аккумуляторной батареи, установленной на ТС, при движении по асфальтобетонной дороге со скоростью 30 км/ч показаны на рисунке Д.1. (первые 5 секунд движения).

2

1 - степень заряженности батареи, %, 2 - ток заряда, А, 3 - напряжение зарядки

Рисунок Д.1 - Параметры процесса подзаряда аккумуляторной батареи при движении по асфальтобетонной дороге со скоростью 30 км/ч (первые 5 секунд)

На первом графике показано изменение степени заряженности (SOC) аккумуляторной батареи, на втором - зарядный ток, на третьем - напряжение аккумуляторной батареи.

Результаты имитационного моделирования подзарядки аккумуляторной батареи, установленной на ТС, при движении по асфальтобетонной дороге со скоростью 50 км/ч показаны на рисунке Д.2.

1

3

2

1 - степень заряженности батареи, %, 2 - ток заряда, А, 3 - напряжение зарядки

Рисунок Д.2 - Параметры процесса подзарядки аккумуляторной батареи при движении по асфальтобетонной дороге со скоростью 50 км/ч (первые 5 секунд)

Результаты имитационного моделирования подзарядки аккумуляторной батареи, установленной на ТС, при движении по асфальтобетонной дороге со скоростью 75 км/ч показаны на рисунке Д.3.

1

2

3

1 - степень заряженности батареи, %, 2 - ток заряда, А, 3 - напряжение зарядки

Рисунок Д.3 - Параметры процесса подзаряда аккумуляторной батареи при движении по асфальтобетонной дороге со скоростью 75 км/ч

3

Результаты имитационного моделирования подзарядки аккумуляторной батареи, установленной на ТС, при движении по грунтовой дороге со скоростью 30 км/ч показаны на рисунке Д.4.

1

2

1 - степень заряженности батареи, %, 2 - ток заряда, А, 3 - напряжение зарядки

Рисунок В.4 - Параметры процесса подзарядки аккумуляторной батареи при движении по грунтовой дороге со скоростью 30 км/ч

Результаты имитационного моделирования подзарядки аккумуляторной батареи, установленной на ТС, при движении по грунтовой дороге со скоростью 45 км/ч показаны на рисунке Д.5.