Integritet strojarskih konstrukcija i razvoj neovisno kontroliranih zupčanih prijenosnika snage

Voditelj grupe

prof. dr. sc. Srdjan Podrug

Suradnici

mr. sc. Milan Perkušić, asistent
mag. ing. Vjekoslav Tvrdić, asistent

Opis područja istraživanja i specifičnih aktivnosti

  1. Pogonska čvrstoća
  2. Mehanički prijenosnici snage i gibanja

Opis laboratorija i opreme

Laboratorij za elemente strojeva (C809) s modelima elemenata strojeva.

Kontakti s akademskim i drugim institucijama:

-Sveučilište u Mariboru
-Sveučilište u Rijeci

Opis dosadašnje suradnje s akademskim i drugim institucijama

U području pogonske čvrstoće ostvarena je suradnja sa Sveučilištem u Mariboru – Strojarskim i Prirodoslovno-matematičkim fakultetom. S partnerima sa Sveučilišta u Mariboru sudjelovali smo na tri bilateralna znanstvena hrvatsko-slovenska projekta:

  1. 2000 – 2002: Čvrstoća i trajnost elemenata strojeva,
  2. 2003 – 2005: Iniciranje zamornih pukotina kod elemenata strojeva i konstrukcija,
  3. 2008 – 2010: Dinamička čvrstoća toplinski rezanih elemenata konstrukcija.
opis istraživanja

Prijenosnici snage s neovisno upravljanom izlaznom brzinom vrtnje (ICT)

Opis istraživanja za razdoblje od 5 godina

Zbog globalnog trenda uštede energije i očuvanja životne okoline istraživat će se hibridni prijenosnici snage i gibanja s neovisno upravljanom izlaznom brzinom, primjenjivi kod motornih vozila i vjetroturbina. Istraživanjem se želi doći do novih modela sustava prijenosa koji imaju veću iskoristivost od dosadašnjih, i koji osiguravaju manju emisiju štetnih plinova kod motornih vozila, uz manje troškove proizvodnje. To se planira provesti u dva pravca.

  1. Prvi je razvoj modela prijenosnika bez upravljačkog sustava koji se sastoje od klasičnih prijenosnika (prijenosnici s fiksnim osima vrtnje) te dva ili više planetnih prijenosnika. Primarno je utvrditi njihovu izvedivost, odnosno doći do kinematičkih zakonitosti koje osiguravaju zajednički rad običnih i planetnih prijenosnika.
  2. Drugi pravac je razvoj modela prijenosnika s upravljačkim sustavom, primjenjivih kod hibridnih električnih vozila, koji osiguravaju kontinuiranu promjenu brzine izlaznog vratila (pokreće kotače vozila preko diferencijala) neovisno od brzine pogonskog motora s unutarnjim izgaranjem. Ovakva vrsta prijenosnika sadrži mehaničke i električne komponente i jednostavni upravljački sustav. Osim neovisnog upravljanja izlaznom brzinom, ovakvi prijenosnici, preko upravljačkog sustava, omogućuju optimiranje rada motora s unutarnjim izgaranjem i optimiranje unosa električne energije u sustav. Time se osigurava da motor radi u području minimalne potrošnje goriva ili maksimalne iskoristivosti, a da baterija dostavlja optimalnu količinu električne energije u sustav, što sve utječe na povećanje ukupnog stupnja iskoristivosti sustava prijenosa i pretvorbe energije.

    Istraživati će se različiti numerički modeli prijenosnika u softverskom paketu Matlab/Simulink, dok će se verifikacija modela provesti u laboratoriju za elemente strojeva, gdje se planira izrada različitih modela prijenosa i njihovo ispitivanje stvarnim opterećenjima.

    Predmet istraživanja bit će i sustav regenerativnih suspenzija za hidraulična hibridna vozila.

Program rada za razdoblje od 5 godina

Dio faze istraživanja bit će usmjeren na prikupljanje i obradu znanstvenih materijala iz područja prijenosa s neovisno upravljanom izlaznom brzinom kod hibridnih električnih vozila. Metodom analize raščlanit će se podaci iz primarnih, sekundarnih i tercijarnih izvora kako bi se došlo do trenutnog stanja znanosti kada je u pitanju problem prijenosa i pretvorbe energije kod automobila. Metodom modeliranja utvrdit će se dinamički model hibridnog električnog vozila s novom konfiguracijom ICT prijenosa i pretvorbe energije te opći model opterećenja vozila pri gibanju na usponu. Kod modela hibridnog električnog vozila, metodom apstrakcije i konkretizacije, definirat će se elementi modela za prijenos mehaničke i električne energije, koji dostatno dobro osiguravaju uvid u ponašanje novog sustava prijenosa energije. Matematičkom metodom će se opisati ponašanje tih elemenata u dinamičkim uvjetima, jer se tako na egzaktan način mogu dobiti rezultati koji prikazuju i objašnjavaju zakonitosti unutar sustava prijenosa energije. Izvest će se matematički opis motora s unutarnjim izgaranjem, planetnog prijenosnika, klasičnog prijenosnika s fiksnim osima rotacije zupčanika, pogonskog mosta s diferencijalom i kotača vozila, kao elementa koji sudjeluju u prijenosu mehaničke energije novog ICT sustava. Isto se odnosi i na upravljački elektromotor, upravljački generator, bateriju, pretvarače električne energije (AC/AC, AC/DC, DC/AC, DC/DC), sinkronizator faza i sabirnicu, kao elemente sustava koji sudjeluju u prijenosu i pretvorbi električne energije hibridnog električnog vozila. Pošto način funkcioniranja novog sustava prijenosa energije ovisi od stanja napunjenosti baterije (SOC), u okviru električnog dijela sustava bit će izgrađen posebni dinamički model električnog kruga baterije kojim se upravlja preko ulazne/izlazne snage baterije. Nadalje, metodom apstrakcije i konkretizacije, definirati će se model opterećenja vozila pri gibanju na usponu s osnovnim silama koje utječu na gibanje (težina i normalne reakcije), vanjskim silama (otpor kotrljanja, otpor uspona, otpor zraka i otpor inercije) i unutarnjim silama (pogonske sile) te će biti opisan matematičkom metodom.

Istraživanje postavljenog dinamičkog modela novog ICT prijenosa i pretvorbe energije kod hibridnih električnih vozila planira se realizirati u Matlab/Simulinku, nakon čega bi se metodom analize izvršila obrada dobivenih rezultata.

Konačna faza znanstveno-istraživačkog rada u sklopu problema prijenosa i pretvorbe energije kod hibridnih električnih vozila odnosi se na opis rezultata istraživanja te donošenje zaključaka i preporuka za daljnji rad. Zaključci će biti izvedeni metodom sinteze pojedinačnih rezultata istraživanja postavljenog dinamičkog modela hibridnog električnog vozila s novim ICT sustavom prijenosa i pretvorbe energije, kao i zaključak o izvedivosti i primjenjivosti razmatranog sustava. Nadalje, metodom indukcije izvršiti će se poopćavanje rezultata s ciljem njihove primjene kod drugih, sličnih, istraživanja. Isto tako procijenit će se je li postignuti rezultati mogu biti temelj za neka nova istraživanja, odnosno, je li otvaraju mogućnost određivanja nekog novog znanstvenog problema.

Postavljeni numerički model novog tipa prijenosa energije i gibanja kod hibridnih električnih vozila bit će verificiran i na stvarnom modelu prijenosa koji se planira izgraditi u laboratoriju za elemente strojeva, gdje bi se vršila simulacija stvarnih opterećenja novog prijenosnika.