Сергей Попов, Научно-производственный центр...

Главный конструктор НПЦ СМ МГТУ им. Н.Э. Баумана

Сергей Дмитриевич Попов

Научно-производственный центр «Специальное машиностроение»

Московский государственный технический университет

имени Н.Э. Баумана

Март 2015 г.

Г. Москва

Потенциальные возможности

инженерного обеспечения транспортных перевозок в

северных регионах России на основе наземных

транспортно-технологических комплексов

нетрадиционного типа

Общие предпосылки

Проблема транспортного

обеспечения любого региона

должна решаться на основе

следующих подходов:

1. направленность на решение

базовых проблем

функционирования региона;

2. адекватный и системный учет

характерных параметров региона;

3. комплексность (системное

увязывание всех главных

компонентов системы

«Транспортный комплекс -

окружающая среда»;

4. полное использование

потенциальных возможностей

существующих (традиционных)

инженерных решений и подходов;

5. рациональное использование

доступного зарубежного научного и

производственного опыта.

Для приморских районов России характерны три базовые проблемы, определяющие облик

действующих там транспортно-технологических комплексов:

• область использования включает одновременно морскую и сухопутную прибрежные зоны;

• в сухопутной зоне часто действуют жесткие экологические ограничения;

• плотность населения в прибрежной зоне часто мала, а береговая инфраструктура отсутствует

Размах и особенности районов эксплуатации

Сложный продольный профиль прибрежной зоны

Потенциальные возможности привлечения

зарубежного опытаРаспределение снежного покрова на земном шаре

Выводы: по объективным

(географическим) причинам

единственная страна,

заинтересованная в развитии

транспортных средств для

северных регионов и имеющая

опыт их разработки и

производства - Канада

Потенциальные возможности создания в

регионе дорожной сети традиционного типа

Пример: существующая транспортная сеть Якутии

На обозримом промежутке времени (до 300 лет) создание в регионе дорожной сети, пригодной для

круглогодичного устойчивого применения автомобильного транспорта традиционного типа технически и

экономически невозможно.

Федеральная трасса до Якутска

Потенциальные возможности транспортных

средств с различными движителями

Вероятность подвижности

Северные

регионы

России

Среднее

давление в контакте

ТСВП

с разгрузкой

контактного движителя

Пример: формирование основных требований

к ТСВП для Севера и Сибири

(ОКР «Север»).

Предполагаемые районы эксплуатации ТСВП:

• район Баренцева моря (горло залива Долгая Щель; отмели и берега Чешской,

Печорской и Хайпудырской губ);

• район Карского моря (побережье Байдарацкой губы, Гыданской губы и

Гыданского залива; береговые отмели Обской губы; пролив Малыгина);

• район моря Лаптевых (бухты Нерпалах, Кожевникова и Нордвик);

• район Восточно-Сибирского моря (отмели и побережья бухты Амбарчик,

Колымской и Хромской губы);

• район Берингова моря (средняя часть западного и восточного побережья);

• район Охотского моря (Амурский лиман, залив Счастья);

• устьевые участки рек (Печора, Обь, Таз, Гыдан, Анабар, Оленёк, Лена, Енисей,

Анадырь, Колыма и Амур).

Районы отличаются жёсткими ветро-волновыми и ледовыми условиями.

Временной промежуток эксплуатации ТСВП ограничен 300 днями.

Волнение и ледовые торосы позволяют использовать ТСВП с высотой ГО

• не менее 1,9…2,0 м для судов длиной более 30 м для морских районов;

• не менее 1,4…1,5 м для судов длиной до 30 м для устьев рек.

Основные требования к транспортным

машинам регионального применения

1. Грузоподъемность базовой машины – не менее 10 т. (предпочтительны

приспособленность к размещению стандартного контейнера ISO, а также возможность

сквозной погрузки транспортных средств на грузовую платформу с помощью откидных

аппарелей);

2. Способность двигаться всем видам подстилающих поверхностей со скоростью не

менее 40…45 км/ч;

3. Габаритные размеры, обеспечивающие беспрепятственное движение по рекам низших

технических категорий;

4. Способность уверенно и устойчиво передвигаться над неровными подстилающими

поверхностями (с высотой или глубиной неровностей до 1,6…1,8 м, причем коротких

или близких по длине к длине аппарата) или над водными поверхностями ( высотой

волны до 1,8 м);

5. Способность создавать такой уровень воздействия на подстилающую поверхность,

который исключает ее невосстановимые повреждения;

6. Способность преодолевать затяжные подъемы крутизной до 15 град., а также устойчиво

двигаться по склонам крутизной до 10 град.

7. Способность к сохранению управляемости и курсовой устойчивости при ветре со

скоростью до 10…15 м/с под всеми курсовыми углами.

В полном объеме этот комплекс требований может быть реализован только в амфибийным

транспортным средством с гибридным опорно-ходовым комплексом (с частичной разгрузкой

контактного движителя при помощи воздушной подушки).

Для ряда специальных задач требования могут быть ослаблены и реализованы на основе

пневмокатковых или комбинированных опорно-ходовых комплексов.

Главные инженерные проблемы.

№ 1: способность к движению по неровной местности с подъемами и склонами

при сохранении допустимого воздействия на грунт и ограниченной ширине

агрегата. В подобной комплексной постановке проблема № 1 не может быть

решен на основе известных схем гибких ограждений (ГО).

№2: чрезмерные размерность и эластичность контактного движителя,

обеспечивающего неразрушающее воздействие на грунт. Обычный колесный

движитель непригоден по экологическим соображениям. Гусеничный движитель

в унитарном агрегате разрушает опорную поверхность при повороте.

Альтернативой является применение крупногабаритного высокоэластичного

колесного движителя.

№ 3: способность к преодолению единичных и протяженных профильных

препятствий. Такие возможности у ТСВП традиционного типа крайне

ограничены. Многокамерная схема ГО обеспечивает движение через

профильные препятствия большой высоты при сохранении естественной

продольной и поперечной устойчивости. В сочетании с разгруженным

контактным движителем такая схема обеспечивает сцепление, достаточное для

преодоления уклонов и движения при боковом ветре.

Концепция гибридного опорно-ходового

комплекса

Основная масса транспортного средства поддерживается воздушной подушкой. Нагрузка на

контактный движитель регулируется таким образом, чтобы обеспечить уровень тягово-

сцепных свойств, необходимый для уверенного маневрирования, преодоления подъемов и

удержания машины на курсе при боковом воздействии

Контактный движитель размещен внутри контура гибкого ограждения

Контактный движитель размещен вне контура гибкого ограждения

Экологические и тягово-сцепные возможности колесного

движителя с тонкослойной шиной сверхнизкого давления

При выполнении требуемых ограничений по радиальной

нагрузке контактный движитель вполне способен обеспечить

среднее давление в контакте на уровне 1500…1800 Н/м2, что

существенно меньше несущей способности любого торфяного

или сапропелевого болота.Пример реальной шины

Опытно-конструкторская работа «Север»

Замысел: решение базовых инженерных проблем на основе концепции гибридного

опорно-ходового комплекса (частичная разгрузка эластичного контактного движителя при

помощи воздушной подушки).

Основная масса машины поддерживается воздушной

подушкой. Нагрузка на контактный движитель регулируется

так, чтобы обеспечить тягово-сцепные свойства,

необходимый для маневрирования, преодоления подъемов и

удержания машины на курсе при боковом воздействии

Северные приморские районы:

волнение и ледовые торосы позволяют

использовать только ТСВП с высотой ГО

•не менее 1,9…2,0 м для морских районов;

•не менее 1,4…1,5 м для устьев рек.

ТСВП типа «Север» (грузовая платформа)

Техническая характеристика ТСВП «Север»

1. Полная масса машины, кг 32000

2. Грузоподъемность, кг 10000

2 Основные геометрические размеры, м:

длина 25.9

ширина 13.6

высота

со сложенным воздушным движителем 6.5

с разложенным воздушным движителем 11,0

база 19.6

погрузочная высота 1.2

ширина заднего погрузочного проема 4.0

ширина бокового погрузочного проема 6.0

площадь грузовой платформы, м2 127.0

длина платформы 16,0

3. Высота преодолеваемого уступа

(волны), м 2,0

4. Преодолеваемый подъем, град 21,0

5. Максимальная скорость, км/ч 45

6. Двигатель:

тип и наименование ГТУ ТВ3-117

количество 2

максимальная мощность, л.с. 2х1700

7. Трансмиссия электромеханическая

8. Размеры шин, м:

диаметр 4.02

ширина профиля 1.47

посадочный диаметр обода 1.60

9. Максимальное давление на грунт, кПа:

со стороны воздушной подушки

при поднятых колесах 3.375

в режиме частичной разгрузки 2.060

со стороны колес

в режиме частичной разгрузки 7.630

с выключенной воздушной

подушкой 33.000

При выполнении требуемых ограничений по радиальной нагрузке контактный движитель

вполне способен обеспечить среднее давление в контакте на уровне 1500…1800 Н/м2, что

существенно меньше несущей способности любого торфяного или сапропелевого болота.

Пример: функционирование ТСВП типа «Север»

в типичной северной прибрежной зоне

Опытный образец малого ТСВП с опорно-

ходовым комплексом гибридного типа.

НПЦ «Специальное машиностроение» МГТУ им. Н.Э. Баумана разработан,

построен и проходит испытания опытный образец ТСВП с гибридным опорно-

ходовым комплексом полной массой 3,5 т. (пассажировместимость 6…10.чел.)

Упрощенные варианты ТСВП типа «Север» и

их потенциальные возможностиВо многих случаях комплекс требований к мобильным машинам для приморских районов

может быть эти требования может быть ослаблен и реализован на основе упрощенных

опорно-ходовых комплексов. Такие агрегаты будут иметь более ограниченный объем

возможностей, но существенно меньшую стоимость и более простую эксплуатацию.

Отказ от разгрузки при помощи воздушной

подушки

1.Удовлетворительная подвижность на суше с

выполнением большинства экологических

ограничений.

2.Снижение скорости на плаву до 16…18 км/час.

3.Ограничение грузоподъемности уровнем 10…15 т

4. Снижение стоимости в 2,0…2,5 раза

Отказ от применения контактного движителя

1.Хорошая подвижность на воде и

ограниченная (по управляемости и курсовой

устойчивости) подвижность на суше.

2.Сохранение способности выходу на берег

без специальной береговой инфраструктуры

3. Снижение стоимости на 30…50%

Предельный случай 1 Предельный случай 2

Благодарю за внимание!