Разработка и применение технологии мультидисциплинарного кросс-отраслевого компьютерного инжиниринга для проектирования и создания элементов кузова трактора
Полное название проекта: «Создание конкурентоспособной продукции нового поколения для современного машиностроения – разработка и применение технологии мультидисциплинарного кросс-отраслевого компьютерного инжиниринга для проектирования и создания элементов конструкций кузова трактора – кабины, обвесов и панелей».
Источник финансирования: ФЦП Министерства образования и науки Российской Федерации «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014–2020 годы». Программное мероприятие: 1.3 Проведение прикладных научных исследований и разработок (ПНИЭР), направленных на создание продукции и технологий. Приоритетное направление: Транспортные и космические системы. Соглашение с Министерством образования и науки РФ № 14.578.21.0206 от 03.10.2016 г. на период 2016–2018 гг. Уникальный идентификатор проекта: RFMEFI57816X0206.
Получатель субсидии: Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого» (СПбПУ). Индустриальный партнер: ООО «Завод Спецтехники». Исполнитель ПНИЭР: СПбПУ, Инжиниринговый центр «Центр компьютерного инжиниринга» (ИЦ «ЦКИ») СПбПУ. Соисполнитель проекта: ГК «Композитные решения».
Цели и задачи проекта
1. Разработка методики цифрового проектирования кабин и навесных элементов (обвесов, панелей) кузова специальной техники, отвечающих требованиям и стандартам отрасли по безопасности для человека, эргономике, экологичности, на базе современных методов мультидисциплинарного кросс-отраслевого компьютерного инжиниринга.
2. Апробация разработанной методики в процессе создания двух модификаций кабины трактора (с реверсивным постом управления и без него) и конструкции навесных элементов кузова: дверей, крышки капота, облицовки радиатора, крыльев.
Ожидаемые результаты работы в целом
- Методика цифрового проектирования кабин и навесных элементов (обвесов, панелей) кузова специальной техники, отвечающих требованиям и стандартам отрасли по безопасности для человека, эргономике, экологичности, на базе современных методов мультидисциплинарного кросс-отраслевого компьютерного инжиниринга.
- Виртуальные расчеты кабины и навесных элементов кузова на пассивную безопасность, виброкомфорт, прочность, микроклимат, обзорность и эргономику (в составе трактора).
- Программы и методики виртуальных и натурных испытаний кабины и навесных элементов кузова трактора.
- Скорректированные по результатам виртуальных и натурных испытаний математические модели кабины и навесных элементов кузова.
- Эскизная конструкторская документация на кабину и детали навесных элементов кузова, а также на технологическую оснастку для их изготовления.
- Образцы кабин с реверсивным постом и без него, а также деталей навесных элементов кузова.
- Результаты натурных испытаний кабин и навесных элементов кузова.
Результаты
Разработаны математические модели материалов, используемых при проектировании кабины и навесных элементов трактора. Совместно с партнером – ГК «Композитные решения» разработаны математические модели композитных материалов для деталей экстерьера.
- Разработаны программы и методики проведения виртуальных испытаний конструкции кабины и навесных элементов кузова трактора, включающие оценку пассивной безопасности силового защитного каркаса кабины, микроклимата кабины, эргономики и обзорности рабочего места.
- Проведена топологическая оптимизация конструкций кабин и навесных элементов в соответствии с матрицами целевых показателей на проектирование. Конструкции кабин оптимизировалась по требованиям виброакустического комфорта и пассивной безопасности (ROPS и FOPS).
- Разработаны математические модели конструкции навесных элементов (дверей, крышки капота, облицовки радиатора, крыльев) и кабины трактора (для двух модификаций: с реверсивным постом управления и без него), включающие сварной силовой защитный каркас, остекление, панели экстерьера, рабочее место оператора и принадлежности кабины. Математические модели кабины скорректированы на основе результатов топологической оптимизации.
Математическая модель компоновки рабочего места оператора. |
Математическая модель кабины трактора. |
Разработаны программные комплексы виртуальных испытаний конструкций кабин и навесных элементов специальной техники по пассивной безопасности, виброакустическому комфорту и статической прочности. На их основе проведены виртуальные испытания силового защитного каркаса кабины трактора по требованиям ROPS и FOPS, выполнен анализ эргономики и обзорности рабочего места оператора, произведена оценка микроклимата кабины, а также выполнены расчеты на прочность навесных элементов.
Виртуальный краш-тест ROPS. |
Анализ микроклимата кабины. |
Анализ эргономики рабочего места оператора. |
Разработана эскизная конструкторская документация для двух модификаций кабины (с реверсивным постом управления и без него), включающая сборочные чертежи, чертежи деталей, спецификации в полном соответствии с требованиями ЕСКД.
Итоговые результаты по проекту
- Разработана методика цифрового проектирования кабин и навесных элементов кузова специальной техники на базе современных методов мультидисциплинарного кросс-отраслевого компьютерного инжиниринга.
- Проведена апробация разработанной методики в процессе создания двух модификаций кабины трактора и конструкции навесных элементов кузова.
- Проведен полный перечень натурных испытаний экспериментальных образцов кабин и навесных элементов кузова трактора. Результаты натурных испытаний показали хорошую сходимость с результатами виртуальных испытаний.
Основные потребители результатов работы – производители сельскохозяйственных и лесохозяйственных тракторов.
Область применения результатов – тракторостроение и производство коммунально-строительных машин.