АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 6
1 ОБЗОР ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ 9
1.1 Общий обзор 9
1.2 Обзор электродвигателей 13
1.3 Обзор прототипа 17
1.4 Регулирование электротрансмиссии 18
2 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДВИЖЕНИЯ ГУСЕНИЧНОЙ МАШИНЫ
С ЭЛЕКТРОТРАНСМИССИЕЙ 22
3 РЕЗУЛЬТАТЫ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ 33
4 ИЗМЕНЕНИЕ АЛГОРИТМА УПРАВЛЕНИЯ
ЭЛЕКТРОТРАНСМИССИЕЙ 36
4.1 Математическая модель 36
4.2 Результаты моделирования 40
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 45
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Одним из важнейших направлений развития гусеничной техники, является: повышение уровня подвижности путём увеличения средних скоростей движения и запаса хода по топливу; повышение надёжности; возможность роботизации и автоматизации управления бронированными машинами; расширение возможности диагностирования и контроля систем.
Анализ конструкций перспективных зарубежных бронированных машин показывает, что для решения этих задач используются принципиально новые решения, в том числе наблюдается существенный рост интереса к разработке и испытанию различных образцов военных гусеничных и колесных машин, оснащенных электрической трансмиссией. Через электрическую трансмиссию реализуется энергия двигателя внутреннего сгорания и энергия накопителей. Создание накопителей энергии с высокими удельными мощностями дает возможность накапливать энергию торможения и использовать ее вторично.
Работы по внедрению ЭТ в гусеничных машинах (ГМ) проводились еще в начале XX столетия, но лишь с середины 60-х годов прошлого столетия наблюдается существенный рост интереса к разработке и испытанию различных образцов машин, оснащенных электрическими трансмиссиями (ЭТ).
Рост интереса обусловлен следующими основными факторами:
• возможностью существенного увеличения уровня автоматизации управления движением БГМ и улучшения показателей ее подвижности на основе бесступенчатого регулирования в широком диапазоне скоростей движения, силы тяги и радиусов поворота с одновременным повышением экономичности и запаса хода машины;
• значительным прогрессом в области конструирования и технологии производства традиционных и новых типов основных компонентов ЭТ, определяющих ее массо-габаритные и динамические характеристики, таких как высокомоментные, малогабаритные, надежные тяговые электродвигатели (ТЭД) переменного тока, унифицированные с ТЭД, встраиваемые в двигатели внутреннего сгорания (ДВС) генераторы, новая элементная база с высокими показателями плотности тока для силовых полупроводниковых преобразователей с цифровыми устройствами управления и, наконец, разработка и производство высокоемкостных молекулярных накопителей электрической энергии;
• возможностью создания полностью автоматизированных безэкипажных ГМ, управляемых на расстоянии по радиоканалу или автоматически программируемым устройством по заданной программе, что наиболее легко реализуется в машинах, оснащенных электрической трансмиссией;
возможностью использования в БГМ (вместо многочисленных вторичных источников питания) центральной единой силовой электрической шины питания.
Кроме того, по сравнению с бесступенчатыми гидромеханическими трансмиссиями ЭТ потенциально обладает более высокими показателями надежности, технологичности производства, эксплуатации, ремонта и контролепригодности.
Одним из направлений решения задачи оснащения современных ГМ электротрансмиссией и повышения на этой основе показателей ее тяговых свойств и энергообеспеченности является определение рациональной структуры ЭТ для заданного класса ГМ, состава, основных параметров и взаимодействия ее элементов между собой в процессе функционирования.
Решение этой задачи зависит от того, каковы конструкционные параметры самой машины как объекта управления, каково ее назначение и условия функционирования. Следовательно, возникла необходимость в разработке методического аппарата, позволяющего проводить анализ и оценку свойств бесступенчатой электрической трансмиссии, осуществлять выбор структуры, состава и параметров основных компонентов, обеспечивающих ее конкурентоспособность, необходимое качество процесса движения, повышение тяговых свойств и общей эффективности ГМ.
В связи с этим, цель работы - определение рациональной структуры, основных компонентов и системы управления ЭТ, обеспечивающей повышение ТТХ, в части топливной экономичности работы ДВС, увеличение средних скоростей движения и автоматизации управления движением БГМ.
Актуальность темы обусловлена тем, что:
1. Применение в БГМ бесступенчатых трансмиссий с автоматическим управлением обеспечивает существенное улучшение тягово-динамических характеристик и топливно-экономических показателей машины.
2. Автоматизация управления движением ГМ на основе применения ЭТ позволяет снизить требования к квалификации и психофизическому состоянию механиков-водителей.
3. Создание ГМ с бесступенчатыми ЭТ сопряжено с определенными трудностями, обусловленными недостаточной разработкой теоретических положений посвященных исследованию эффективности различных структур ЭТ, динамики гусеничных машин с электротрансмиссией переменного тока, методики выбора из ряда возможных вариантов и построения структурных схем трансмиссий такого типа.
4. Необходимость разработки и исследования методов выбора типа, основных характеристик и рациональных режимов управления и взаимодействия основных компонентов ЭТ для заданного класса ГМ.
1. Представлена математическая модель движения БГМ, имеющая вид системы дифференциальных уравнений, описывающих движение машины в декартовых координатах, а также уравнений статического равновесия электротрансмиссионной установки, полученных с использованием схемы замещения электропривода.
2. Проведено имитационное моделирование движения БГМ в характерных режимах поворота с помощью перевода ТЭД отстающего борта в режим динамического торможения на малой скорости (4 м/с) с радиусом 10 м. Продемонстрирована нагрузка ТЭД забегающего борта по току до 800 А, и работа отстающего ТЭД в режиме генератора на протяжении всего поворота.
3. Проанализировав полученные результаты, были сделаны выводы, что вход в поворот осуществляется не за счет дополнительной нагрузки ДВС, а за счет перераспределения мощности между ТЭД забегающего и отстающего бортов. Забегающий борт нагружается всей мощностью ДВС, а отстающий полностью разгружается.
4. Представлена уточнённая функциональная схема и математическая модель ЭТ с целью реализации рекуперативного торможения.
5. Проведено сравнение динамического и рекуперативного торможения отстающего борта в повороте БГМ. Выяснено, что при рекуперативном торможении требуется меньше мощности от ДВС. При этом радиусы и скорости установившегося поворота разные: при динамическом торможении 15,6 м и 4 м/с, а при рекуперативном - 11,7 м и 5,5 м/с.
6. Проведено имитационное моделирование рекуперативного торможения БГМ со скорости 18 м/с до 9 м/с, высвобождаемая кинетическая энергия корпуса БГМ составляет 2,28 МДж, работа по преодолению внешних сопротивлений за период торможения между 5 и 9 сек - 0,58 МДж, а запасённая энергия в аккумуляторе составила 1,72 МДж.
7. Из проделанной работы можно сделать вывод, что благодаря введению рекуперативного торможения можно увеличить среднюю скорость движения машины в повороте, при этом уменьшив радиус поворота. Так же, ДВС будет работать в щадящем режиме, что будет способствовать экономии топлива.
