Применение модульных элементов при проектировании автопоездов

УДК 656

ПРИМЕНЕНИЕ МОДУЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ АВТОПОЕЗДОВ

Коченов Александр Александрович, студент, Виноградов Олег Владимирович, кандидат технических наук, доцент, Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К. А. Тимирязева,

Москва, РФ

Национальные стандарты и международные правила определяют допустимые значения общей массы и габаритных размеров, а, следовательно, и объема перевозимого груза, что очень ограничивает развитие конструкций автомобилей. Поэтому сделан вывод о том, что классические автопоезда исчерпали имеющиеся резервы повышения производительности. Ожидать серьезных прорывов в этом направлении не приходится.

Ключевые слова: автопоезд; производительность; конгресс; оптимизация; концепт; маневренность; аэродинамика.

THE USE OF MODULAR ELEMENTS IN THE DESIGN OF TRAINS

Kochenov Aleksandr Aleksandrovich, student, Vinogradov Oleg Vladimirovich, PhD (Cand. Tech. Sci.), associate professor, Russian Timiryazev State Agrarian University, Moscow, Russia

National standards and international regulations define the permissible values of the total weight and dimensions, and, consequently, the volume of cargo, which is very limiting the development of vehicle designs. Therefore, it is concluded that the classic road trains have exhausted the existing reserves of productivity increase. We cannot expect any major breakthroughs in this direction. Keywords: road train; performance; congress; optimization; concept; maneuverability; aerodynamics.

Для цитирования: Коченов А. А.. Виноградов О. В. Применение модульных элементов при проектировании автопоездов // Наука без границ. 2018. № 6 (23). С. 68-74.

Подтверждением того являются материалы Всемирных автомобильных конгрессов FISITA [1-4], на которых было озвучено, что дальнейшее модернизирование классических АТС будет идти по пути оптимизации дизельных двигателей, внедрения гибридного привода, повышения активной и пассивной безопасностей, развития логистики транспортных потоков.

В Ганновере на выставке коммерческого транспорта в 2004 году Renault Trucks представила концептуальную модель Renault Radiance (рис. 1) [5]. Основной акцент в данной концепции сделан на создании нового облика, повышении аэроди-

намических характеристик, применении новых сверхширокопрофильных шин, снижающих на 75 % высоту разбрызгивания воды, увеличивающих грузоподъемность автомобиля на 130 кг и на 2 % сокращающих расход топлива. Значительные изменения коснулись совершенствования организации рабочего места водителя и интерьера.

Шансом для решения многих проблем, связанных с эффективностью использования АТС, стали крупные испытания длинных и тяжелых комбинаций 2-х и 3-звен-ных магистральных автопоездов длиной до 25,25 метров и общей массой до 60 т

Рис. 1. Концепт-трак Renault Radiance [5]

в Голландии с 2004 г., а затем и в Германии [6, 7]. Такие автопоезда позволяют не только значительно повысить грузоподъемность и снизить расход топлива на перевозку 1 т груза, но и уменьшить количество грузового транспорта на магистралях, сократить выбросы вредных веществ в атмосферу.

Для решения этих задач компания Scania вместе с немецкой фирмой по выпуску прицепного состава Kröne представила перспективный проект автопоезда (рис. 2) общей массой 60 т [8]. Автопоезд габаритной длиной 28 м, состоящий из 3-х ос-ного автомобиля-тягача общей массой 26 т и 5-осного прицепа общей массой 34 т. По сравнению с седельным 40-тонным 5-осным автопоездом длиной 16,5 м этот автопоезд имеет большую на 50 % грузоподъемность, полезную вместимость, меньший удельный (на 1 т-км) расход топлива и пониженную на 25 % удельную

токсичность. Маневренность такого длинного автопоезда сопоставима с обычным седельным составом.

Шансом для решения многих проблем, связанных с эффективностью использования АТС, стали крупные испытания длинных и тяжелых комбинаций 2-х и 3-звен-ных магистральных автопоездов длиной до 25,25 метров и общей массой до 60 т в Голландии с 2004 г., а затем и в Германии [6, 7]. Такие автопоезда позволяют не только значительно повысить грузоподъемность и снизить расход топлива на перевозку 1 т груза, но и уменьшить количество грузового транспорта на магистралях, сократить выбросы вредных веществ в атмосферу.

Для решения этих задач компания Scania вместе с немецкой фирмой по выпуску прицепного состава Kröne представила перспективный проект автопоезда (рис. 2) общей массой 60 т [8]. Автопоезд габаритной длиной 28 м, состоящий из 3-х ос-ного автомобиля-тягача общей массой 26 т и 5-осного прицепа общей массой 34 т. По сравнению с седельным 40-тонным 5-осным автопоездом длиной 16,5 м этот автопоезд имеет большую на 50 % грузоподъемность, полезную вместимость, меньший удельный (на 1 т-км) расход топлива и пониженную на 25 % удельную токсичность. Маневренность такого длинного автопоезда сопоставима с обычным седельным составом.

Вопросом создания прототипов маги-

Рис. 2. Автопоезд Scania общей массой 60 т [8]

стральных автопоездов компания Scania динамично занималась с конца прошлого столетия. Так, в 1998 г. была представлена и новая концепция магистрального автопоезда будущего общей длиной 28 м и общей массой 60 т (рис. 3). Он состоит из 3-х осного грузового автомобиля-тягача и полуприцепа, опирающегося на 2-х осную подкатную тележку. Управляемость автопоезда была высоко оценена самим производителем.

Рис. 3. Концепт-трак Scania [16, 17, 18]

При разработке пристальное внимание было уделено новым дизайнерским и аэродинамическим решениям, способствующим уменьшению расхода топлива, полукруглая передняя часть автомобиля, «гладкие» боковые части, «хвост» с задними спойлерами. Пространство между кузовом автомобиля и прицепом закрыто гибкой шторкой, которая снижает аэродинамическое сопротивление. Кабина смонтирована позади небольшого капота, который является элементом безопасности. Брызговики и спойлеры на передних колесах поворачиваются вместе с колесами. Аэродинамические обтекатели опоясывают всю нижнюю часть автомобиля и прицепа, и также выполняют функцию защитных противоподкатных устройств. Нагрузка на ось не превышает 8-9 т. Такие весовые параметры и равномерно распределенная нагрузка по осям уменьшают износ, как грузового автомобиля, так и дороги. Для данного автопоезда компания 70

Michelin разработала новый тип одиночных шин, что позволило увеличить сцепление с дорогой, сократить тормозной путь и сопротивление качению.

Автопоезда увеличенной длины широко используются для перевозки грузов в Австралии. Они представляют собой мощные седельные тягачи, тянущие за собой несколько прицепов [9].

У седельного тягача Mack в исполнении CLR (рис. 4) (удлиненная базовая модель с усиленной конструкцией) кабина расположена за моторным отсеком. Под капотом установлен восьмицилиндровый V-образ-ный дизельный двигатель объемом 16 л и мощностью 525 л.с. с 20-скоростной коробкой передач. Рама усилена, что позволяет машине передвигаться по любому дорожному покрытию. Для обеспечения безостановочных перевозок на дальние расстояния на тягаче установлены четыре 500-литровых топливных бака. Три «двухэтажных» прицепа общей длиной 52 метра могут везти более сотни голов животного груза со скоростью 100 км/ч. Автопоезд имеет до 18 осей.

Рис. 4. Тягач Mack CLR с тремя прицепами [9]

Для дальних перевозок по внутренним маршрутам Австралии компания ^ЕСО предложила седельные тягачи (рис. 5) общей массой от 24 до 26 т для многозвенных автопоездов общей массой до 100 т [10].

На трассе «Стюарт Хайвей» в пустынных районах Австралии работают автопоезда длиной более 22 м. Причем, на Северной территории Австралии автопоездам разрешено работать с тремя полуприцепами. А южнее Элис Спрингс разрешено буксировать только по два полуприцепа при максимальной общей длине 36 м.

Рис. 5. Седельный тягач IVECO общей массой до 100 т [10]

Нормативные ограничения по маневренности австралийских автопоездов отсутствуют, именно поэтому они используются в пустынных условиях эксплуатации и на погрузочно-разгрузочных площадках площадью около 90000 м2, на которые обеспечиваются большие радиусы поворота по отношению к европейским нормативным требованиям.

В 1988 году Минским автомобильным заводом на Парижском Большом автосалоне был представлен автопоезд модульной конструкции МАЗ-2000 «Перестройка» (рис. 6). Автопоезд был призван решить главным образом задачу транспортировки грузов, как по автомагистралям, так и по дорогам других категорий, а также в горной местности за счет быстрой замены тягового модуля с разным числом ведущих осей и мощностью двигателя. Он и стал практически первой попыткой в мировом автомобилестроении использовать в полной мере принципы модульности в конструкции магистрального автопоезда.

МАЗ-2000 состоит из тягача колесной формулы 2х2 и 3-осного полуприцепа. Допустимая общая масса автопоезда равна 41 т. Он был укомплектован дизельным двигателем МАК и рассчитан на перевозку 21 т груза со скоростью 120 км/ч. Снаряженная масса - 12 т. Длина одного звена - от 14,9 м и до 24 м при двух звеньях [11, 12, 18].

Рис. 6. Автопоезд модульной конструкции МАЗ-2000 «Перестройка» [16]

Такой вариант впервые в мировом автомобилестроении позволил получить ровный пол в кабине и улучшить условия работы водителя вместе с большой площадью лобового стекла, обеспечивающей хороший обзор. Устранение «мертвой зоны» между кабиной и полуприцепом позволило увеличить длину платформы и полезный объем кузова до 10 м3. Это также способствовало уменьшению аэродинамического сопротивления вместе с применением кабины обтекаемой формы. Впрочем, такое решение потребовало жесткого соединения кабины с полуприцепом, при этом произошло ухудшение обзорности и частичной потере контроля над автопоездом при выполнении маневров. Соединение одноосного тягача с полуприцепом образует по сути длиннобазный автомобиль, что создает ряд проблем в обеспечении маневренности, управляемости и устойчивости. При этом сам одноосный тягач имеет низкую поперечную устойчивость, так

как в передней части оснащен выдвижным опорным управляемым третьим колесом, с помощью которого он может самостоятельно передвигаться для сцепки с полуприцепом.

Как показала натурная модель модульного автопоезда, такая теория требовала создания соответствующих опорных пунктов во всех регионах эксплуатации с обеспечением большим количеством необходимых модулей для переоснащения транспортного средства в процессе движения из региона в регион. Это потребовало дальнейшего развития теории модульных автопоездов, для того, чтобы повысить грузоподъемность, мобильность и устранить жесткую связь между кабиной и кузовом автопоезда.

На выставке в автосалоне коммерческого транспорта в Токио японская компания Isuzu Motors представила концептуальный прототип FL-4 (рис. 7) [13, 14]. Главной задачей специалистов Isuzu Motors было создание принципиально нового дизайна грузового автомобиля не похожего ни на один из известных аналогов. Особое внимание было уделено форме автомобиля и технологии перевозки грузов.

Рис. 7. Isuzu Motors концепт FL-4 [13, 14]

Благодаря конической форме кабины автомобиль обладает отличными аэродинамическими показателями, при этом передний бампер и молдинг по бокам уменьшают зазор между днищем автомобиля 72

и дорогой. Конструкция FL-4 продумана так, чтобы кабина занимала минимум места на платформе, предоставляя все оставшееся пространство грузовым контейнерам. За счет такого подхода удалось увеличить вместительность автомобиля, сохранив габариты стандартного грузового автомобиля. Это позволило специалистам Isuzu предложить новую технологию грузоперевозок на основе использования универсальных передвижных контейнеров, которые могут перегружаться с автопоезда на более мелкие развозные автомобили, а далее на погрузочные площадки и рампы. Вместе с тем, время, прошедшее с момента объявления данной теории, не подтвердило возможность ее практического применения.

Британская компания Silvertip Design создала транспортный прототип The Blade Runner (рис. 8), который объединяет преимущества движения по автомобильной и железной дорогам [15]. Данное транспортное средство, прибыв по рельсам на станцию назначения, может не ожидать разгрузки, как вагон, а может съезжать на автомобильную дорогу и продолжать свой путь к получателю груза. Преимуществом для концепции Blade Runner является то, что можно создавать комбинированные маршруты, включающие попеременно несколько участков железнодорожной дороги и автомобильных трасс.

Сложность практического примене-

Рис. 8. Транспорт будущего The Blade Runner

ния трансконтинентальных автопоездов, созданных на основе данной концепции, состоит в необходимости согласования железнодорожного и автомобильного трафиков. Транспортным средствам данного

типа необходимо удовлетворять и всему комплексу требований при эксплуатации на железной дороге. Эти обстоятельства делают концепцию Blade Runner дорогой и неконкурентоспособной.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. FISITA 2004 World Automotive Congress: Book of abstracts / Barcelona (Spain), 23-27 May 2004. Barcelona: STA, 2006. 498 p.

2. FISITA 2006 World Automotive Congress: Book of abstracts / Yokohama (Japan), 22-27 Oct. 2006. Yokohama: SAE of Japan, 2006. 518 p.

3. FISITA 2008 World Automotive Congress: Book of abstracts / Munich (Germany), 14-19 Sept 2008. Munich: VDI, 2008. 451 p.

4. FISITA 2010 World Automotive Congress: Book of abstracts / Budapest (Hungary), 30 May-4 Jun. 2010. Budapest: GTE, 2010. 485 p.

5. Кузьмина В. Мотор-шоу по-европейски // Автоперевозчик. 2004. № 12. С. 18-33.

6. Жарко О. Вслед за Никитиным и Колумбом // Автоперевозчик. 2007. №7. С. 27.

7. Лапшин Ф. Записки машиниста [Электронный ресурс] // Авторевю. Грузовики и автобусы. 2008. Режим доступа: http://trucks.autoreview.ru/archive/2007/07/autotrain.

8. Шведы предлагают способ повышения производительности автопоездов // Автомобильный транспорт. 1997. № 7. С. 45-46.

9. Автопоезда Австралии [Электронный ресурс] // Дальний бой. Грузовики и тягачи Америки и Европы. Режим доступа: http://heavytruck.narod.ru/Sborka/Austral.html.

10. Автомобили IVECO: EuroStar [Электронный ресурс] // ТПК-Инфо - официальный дилер IVECO в России. Режим доступа: http://www.ivecorussia.com.

11. Магистральные модульные автопоезда: пояснительная записка. Минск : МАЗ, 1980. 31 c.

12. МАЗ-2000 [Электронный ресурс]. 2005. Режим доступа: http://modulcar.h1.ru/maz2000.html.

13. Грузовик будущего // HiZone.info: Новости [Электронный ресурс]. 2002. Режим доступа: http://www.hizone.info/index.html?di=200210275.

14. Isuzu представил концепт грузовика будущего [Электронный ресурс] // Autonews: Новости. 2002. Режим доступа: http://www.autonews.ru/automarket_news/index. shtml?/2002/10/29/1111532.

15. Автопоезд Blade Runner дружит с железной дорогой [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.membrana.ru/articles/inventions/2004/03/15/213700.html.

16. Высоцкий М. С., Кочетов С. И., Харитончик С. В. Основы проектирования модульных магистральных автопоездов. Минск: Беларус. навука, 2011. 392 с.

17. Разработка методов исследования и проектирования модульных транспортных средств: отчет о НИР (заключ.) // ГНУ «Объединенный институт машиностроения НАН Беларуси»; науч. рук. акад. М. С. Высоцкий. Минск, 2010. 278 с.

18. Модульные принципы построения автопоездов для междугородных, международных и трансконтинентальных перевозок грузов: отчет о НИР (заключ.) // ГНУ «Объединенный институт машиностроения НАН Беларуси»; науч. рук. акад. М. С. Высоцкий. Минск, 2008. 50 с.

REFERENCES

1. FISITA 2004 World Automotive Congress: Book of abstracts / Barcelona (Spain), 23-27 May 2004. Barcelona, STA, 2006. 498 p.

2. FISITA 2006 World Automotive Congress: Book of abstracts / Yokohama (Japan), 22-27 Oct. 2006. Yokohama, SAE of Japan, 2006. 518 p.

3. FISITA 2008 World Automotive Congress: Book of abstracts / Munich (Germany), 14-19 Sept 2008. Munich, VDI, 2008. 451 p.

4. FISITA 2010 World Automotive Congress: Book of abstracts / Budapest (Hungary), 30 May-4 Jun. 2010. Budapest, GTE, 2010. 485 p.

5. Kuz'mina V. Motor-shou po-evropejski [Motor show in European]. Avtoperevozchik, 2004, no. 12, pp. 18-33.

6. Zharko O. Vsled za Nikitinym i Kolumbom [Following Nikitin and Columbus]. Avtoperevozchik, 2007, no. 7, pp. 27.

7. Lapshin F. Zapiski mashinista [Driver's notes]. Avtorevyu. Gruzoviki i avtobusy. 2008. Available at: http://trucks.autoreview.ru/archive/2007/07/autotrain.

8. Shvedy predlagayut sposob povysheniya proizvoditel'nosti avtopoezdov [The Swedes offer a way to improve the performance of road trains]. Avtomobil'nyi transport, 1997, no. 7, pp. 45-46.

9. Avtopoezda Avstralii [Australian Road Trains]. Dal'nii boi. Gruzoviki i tyagachi Ameriki i Evropy. Available at: http://heavytruck.narod.ru/Sborka/Austral.html.

10. Avtomobili IVECO: EuroStar [IVECO vehicles: EuroStar]. TPK-Info - ofitsial'nyi diler IVECO v Rossii. Available at: http://www.ivecorussia.com.

11. Magistral'nye modul'nye avtopoezda: poyasnitel'naya zapiska [Main modular road trains: explanatory note]. Minsk, MAZ, 1980, 31 p.

12. MAZ-2000 [MAZ-2000]. 2005. Available at: http://modulcar.h1.ru/maz2000.html.

13. Gruzovik budushchego [Truck of the future]. HiZone.info: Novosti. 2002. Available at: http:// www.hizone.info/index.html?di=200210275.

14. Isuzu predstavil kontsept gruzovika budushchego [Isuzu presented the concept of the future truck]. Autonews: Novosti. 2002. Available at: http://www.autonews.ru/automarket_news/index. shtml?/2002/10/29/1111532.

15. Avtopoezd Blade Runner druzhit s zheleznoi dorogoi [Road train Blade Runner is friends with the railway]. Available at: http://www.membrana.ru/articles/inventions/2004/03/15/213700.html.

16. Vysotskij M. S., Kochetov S. I., Haritonchik S. V. Osnovy proektirovaniya modul'nyh magistral'nyh avtopoezdov [Design basics modular trunk road trains]. Minsk, Belarus. navuka, 2011, 392 p.

17. Razrabotka metodov issledovaniya i proektirovaniya modul'nyh transportnyh sredstv: otchet o NIR (zaklyuch.) [Development of research and design methods for modular vehicles: research report (conclusion)]. GNU «Ob'edinennyj institut mashinostroeniya NAN Belarusi»; nauch. ruk. akad. M. S. Vysotskij. Minsk, 2010, 278 p.

18. Modul'nye printsipy postroeniya avtopoezdov dlya mezhdugorodnyh, mezhdunarodnyh i transkontinental'nyh perevozok gruzov: otchet o NIR (zaklyuch.) [Modular principles of construction of road trains for long-distance, international and transcontinental transport of goods: research report (conclusion)]. GNU «Ob'edinennyj institut mashinostroeniya NAN Belarusi»; nauch. ruk. akad. M. S. Vysotskii. Minsk, 2008, 50 p.

Материал поступил в редакцию 09.06.2018 © Коченов А. А., Виноградов О. В., 2018