Студенты и сотрудники Политехнического института Южно-Уральского государственного университета работают над уникальной электротрансмиссией для гибридного и электротранспорта − мотор-колесом. Работа ведется на протяжении двух лет в рамках проектного обучения студентов.
Основной задачей проектного обучения является подготовка специалистов высокого уровня для ведущих российских предприятий. Эту задачу можно выполнить только в том случае, если студенты в процессе обучения будут привлечены к работе над инновационными, наукоемкими проектами. Одним из таких проектов стала разработка мотор-колеса для электроболида.
«Работа над проектом была максимально приближена к реальному производственному процессу. Студенты группы элитной подготовки получили Техническое задание на проектирование, которое содержало все основные параметры и характеристики мотор-колеса. Далее были выполнены все необходимые электромагнитные и тепловые расчеты. При выполнении этих работ ребята научились пользоваться новейшими CAD системами нашего компьютерного центра. Был создан цифровой двойник реального мотор-колеса и проведено его исследование.
Для проверки собираемости сложного изделия на 3D принтере была изготовлена масштабная пластмассовая модель. На втором этапе студенты трудились над разработкой конструкторской документации. Чертежи были запущены в производство. У нас было мало времени и очень ограниченные финансовые ресурсы, как это часто бывает в реальном производстве. Эти обстоятельства не позволяли нам допустить грубые ошибки и пойти на второй цикл макетирования.
Сборка мотор-колеса прошла успешно без особых затруднений. Теперь у нас есть реальный макетный образец, который мы готовим к испытаниям. На заключительном этапе ребятам предстоит разработать ремонтно-эксплуатационную документацию, как это делается на предприятиях электромашиностроения. Полагаю, что нашим выпускникам с такой научной и практико-ориентированной подготовкой работодатели предоставят достойные места с быстрым карьерным ростом. Электроболид – это новый инновационный проект, над которым трудятся студенты в рамках регламента ежегодных инженерных соревнований «Formula student», − говорит заведующий кафедрой ТОЭ Энергетического факультета Политехнического института, д.т.н. Сергей Ганджа.
Масса электроболида составляет 230 килограмм, в то время как прошлый бензиновый автомобиль имел вес 332 килограмма. В машину встроена литиево-ионная батарея на 100 ампер*часов и 76 вольт. Максимальная скорость электроболида составляет 160 км/ч, при этом разгон до 100 километров в час совершается за 5-6 секунд.
Инновационное мотор-колесо на порядок снизило габариты электронной системы управления и позволило расположить всю силовую электрическую часть в диске. Такое размещение всех компонентов освобождает подкапотное пространство для накопителя энергии и повышения комфортности водителя.
«Основная задача, которая стоит перед нами, − довести инновационную идею до серийного производства. Мы планируем передать наши наработки в руки индустриального партнера. Основная роль ученого на сегодняшний день – сгенерировать, проверить и продать идею, а реализацию этой идеи должны осуществлять производственники профессионалы», − говорит Сергей Анатольевич.
Инновационность проекта уже подтверждена наличием патента Российской Федерации на конструкцию вентильного двигателя комбинированного возбуждения.
Напомним, что одним из наиболее ответственных узлов разработанной трансмиссии является понижающий планетарный редуктор. Сложность его разработки заключалась в том, что он должен быть встроен в габариты диска колеса и вентильного электродвигателя. Было рассмотрено несколько вариантов компоновки редуктора. Наиболее удачным оказался вариант планетарного редуктора с двухвенцовым сателлитом, предложенный профессором кафедры «Колесно-гусеничные машины», д.т.н. Сергеем Кондаковым. Анализ такого редуктора проведен совместно со студентом 5 курса кафедры КГМ Алексеем Лариным. Построена 3D модель, по результатам опубликована статья в «Вестнике ЮУрГУ» (серия «Машиностроение» №2, 2019).
Над проектом вела работу команда разработчиков в лице студентов Автотранспортного факультета, Энергетического факультета, кафедры журналистики, рекламы и связей с общественностью, Высшей школы экономики и управления. Именно соединение разных дисциплин и профилей дало положительный результат.
До начала работы над проектом студенты прошли усиленную базовую подготовку по математике, физике, ТРИЗ, английскому языку, экономике. На втором этапе ребята обучились профильным предметам для освоения программ Ansys Ekectroniсs Desktop, Ansys Electroniсs Citrix, Solidworks и «Компас». Эти программы являются основными инструментами для проведения данной НИР.
Аспирант кафедры «Теоретические основы электротехники» Энергетического факультета Иван Чуйдук, входящий в группу элитной подготовки, с интересом трудится над созданием мотор-колеса для электроболида с самого начала. Этот наукоемкий проект стал основой его кандидатской диссертации.
«Нам было выдано техническое задание от студенческого конструкторского бюро. В процессе реализации проекта мы прошли все циклы реального производства, освоив при этом новейшие проектные CAD системы. Эти навыки помогли мне найти интересную работу на современном предприятии ОА «Русские электродвигатели» с хорошей заработной платой и социальным пакетом. На данный момент полномасштабный опытный образец собран и готов к стендовым испытаниям. Далее будем работать уже над внедрением колеса в электроболид».
Проектное обучение группы элитной подготовки продолжается. Работу по проекту планируется завершить к маю 2020 года к моменту выпуска студентов-бакалавров.
Отметим, что испытание модели нового электроболида с мотор-колесами планируется в сентябре на Всероссийском этапе гонок в Москве. Также машина будет готова к показательным выступлениям в городе Тюмень. Помимо этого автомобиль будет участвовать в «Формуле Студент» – студенческих инженерных соревнованиях, где представляются лучшие гоночные автомобили, собранные обучающимися вузов мира.