Методология моделирования и верификации динамических процессов шарнирно-сочлененных машин специального назначения

Аннотация

Использование шарнирно-сочлененных рам на дорожно-строительных, подземных, погрузочно-доставочных и сельскохозяйственных машинах в значительной мере повышает их маневренность, а как следствие и эффективность использования этих машин в различных производственных отраслях. Однако их кинематическая и динамическая структура существенно усложняют разработку достоверных моделей для анализа устойчивости, управления и модернизации, особенно при переходе к электрическим и автономным силовым установкам. В представленной работе разработана комплексная имитационная платформа, включающая динамическую модель рам, подсистему силовой передачи, рулевое управление, модель шин на основе щеточного подхода и кинематические ограничения сочленения. Разработанная и предлагаемая в настоящем исследовании модель реализована с применением современных вычислительных средств (MATLAB/Simulink, Adams/View) и адаптирована для оценки устойчивости, маневренности и распределения нагрузок при движении в условиях ограниченного пространства. Особое внимание уделено связям между поперечной устойчивостью, характеристиками гидравлического рулевого привода и параметрами взаимодействия шин с опорной поверхностью. Приведена верификация сформированных уравнений по экспериментальным и расчетным данным, что подтвердило адекватность кинематического описания, модели сил в шинах и силовой передачи. В настоящей работе рассмотрены перспективы применения гибридных и полностью электрических силовых установок, влияние характеристик тяговых электродвигателей на динамику машины, а также требования к управлению моментом в условиях малых радиусов поворота. Представлены примеры распределения мощности и построения характеристик двигателя, что позволяет использовать модель как платформу для проектирования автономных, электрических и гибридных транспортных средств. Результаты исследования могут быть использованы для разработки систем контроля движения, оптимизации конструктивных параметров, оценки маневренности и устойчивости при эксплуатации в подземных и стесненных условиях. Работа формирует основу для дальнейшего совершенствования моделей управления, энергоэффективности и цифровой верификации шарнирно-сочлененных машин.