Об эффективности автотранспортных средств (АТС) Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Благонравов A.A., Держан с кий В.Б. Динамика управляемого движения гусеничной машины. -Курган: Илд-во КМИ, 1995.- 162с.

Попов Е.П., Пальтов И.П. Приближенные методы исследования нелинейных автоматических систем. М.: Государственное издательство физико-математической литературы, 1960. Дсржанский В.В., Тараторкин ИА Жебелев К.С. Исследование динамики управляемого движения быстроходных гусеничных машин. // Вестник ЮУрГУ, Серия «Машиностроение», Вып.8Д,1-Ч 1 (66), Челябинск. 2006. С. I 14-121. 4. Дсржанский В.Н., Тараторкин ИА Зависимость быстроходности транспортных гусеничных машин от их динамических свойств. ,7 Транспорт Урала, №2( 13), УрГУПС, Екатеринбург. 2007. С, 16-27.

621.436

ОБ ЭФФЕКТИВНОСТИ АВТОТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ

(АТС)

Канд. техн. наук Л. Г ТРЕМБОВЕЛЬСКИЙ

Эффективность автомобиля, как физической машины складывается из эффективности топливно-энергетического поля двигателя и правильно подобранных характеристик путей передачи и реализации в поступательное движение автомобиля вырабатываемой двигателем энергии.

Рассматривая согласованность энергосоздающих, передающих и поглощающих систем автомобиля необходимо раскрыть причинно-следственные связи между агрегатами, системами и автомобилем в целом и на этой основе управлять согласованностью. С этой целью предлагаются адекватные по структуре показатели:

- критерий технико-экономической эффективности автомобиля

- механический эквивалент одного килограмма топлива.

Критерий технико-экономической эффективности Кт_ээ - показатель, отражающий уровень физической эффективности автотранспортного средства.

т ■ V

а ср

Кт-ээ = ГУ (1)

У-*ТСР

Механический эквивалент одного килограмма топлива Э - показатель, отражающий уровень физической эффективности двигателя автотранспорт-иого средства.

Ме-со

э = —--(2)

Чя

В этих формулах:

та - полная масса автопоезда (автомобиля) (АТС), [т] V - средняя скорость движения АТС, [км/ч]

СТСГ - средний часовой расход топлива, [л/ч] или [кг/ч] Ме -развиваемый двигателем эффективный крутящий момент, [Н-м]

СО - частота вращения коленчатого вала двигателя, [сек _1]

Рассмотрим аналитическую зависимость связывающую эти показатели. Воспользуемся известными соотношениями;

У-ит Ря-г4

со = и м,= и ,п (3)

к т / т

В этих формулах

иТ - передаточное число трансмиссии;

г|т - коэфициент полезного действия трансмиссии;

гк - радиус качения колеса автомобиля [м]

га - динамический радиус колеса автомобиля [ м]

Р-г сила тяги на колесе [н]

В дальнейшем примем что гк = га

Представим выражения (3) в (2)

Р V

т

Э = „ Г (4)

Используя уравнения силового баланса [1] и проведя очевидные преобразования получим:

Э = £

f Р ^ D + —

V та • 8 J Ч,п

К

т-ээ

V,

(5)

В этом уравнении:

D - динамический фактор автомобиля g - ускорение свободного падения Рв - сила сопротивления воздуха [н]

Таким образом полученное уравнение раскрывает связь эффективности автомобиля (критерий технико-экономической эффективности Кт.ээ) и двига-теля ( механический эквивалент одного килограмма топлива Э ) через основные энергопоглощающие системы автомобиля, позволяя тем самым , решать задачи согласованности, выбирать конструктивные параметры для наиболее полного использования энергетического потенциала автомобиля.

Это уравнение можно рассматривать как одну из форм уравнения движения автомобиля.

Рассмотрим ещё две формы этого уравнения, позволяющие оптимизи-ровать с позиции энергетической согласованности различные конструктив-ные параметры автомобиля.

Воспользуемся уравнением силового баланса автомобиля в безразмерной форме [1]

В этой формуле ¥ -feos а + sin а - коэффициент сопротивления дороги /- коэффициент сопротивления качению а - угол подъёма дороги Подставим (6) в (5)

' <L dv Р Л

э= g

* ~ .

8 dt та • g

К

т-ээ

\ о а о j tm

№ 11

2008

Проведя очевидные преобразования, окончательно получим:

Э =

I ^ ] р« 1.

г

в

(7)

Решая задачи согласованности, используя уравнение (7), мы можем варьировать шинами, смазкой в трансмиссии, аэродинамикой автомобиля, передаточными числами трансмиссии.

Рассмотрим ещё один вид уравнения. Для этого обозначим Рп + Рв + Р/ = 2 Рс - суммарная сила сопротивления движению [н] ?п - сила сопротивления подъёму [н] Р/- сила сопротивления качению [н] Проведя несложные преобразования получим:

Этой формой уравнения удобно пользоваться, когда задачи решаются экспериментально-расчётными методами, а суммарная сила сопротивления движению определяется в зависимости от скорости инерционным методом.

Решая задачи согласованности можно определить уровень составля-ющих суммарной силы сопротивления движению для достижении заданных показателей эффективности.

В качестве примера, иллюстрирующего применение рассмотренных уравнений для решения практической задачи рассмотрим сравнительные испытания автомобилей ЗИЛ-4331 и Форд Карго 1317 (ФРГ) имевший лучшие показатели топливной экономичности и лучшие показатели тягово-скоростных свойств.

В табл. 1 приведена краткая техническая характеристика указанных автомобилей.

Э=

Щ { $еР С1У

та-т/т Пт ' Ах

(8)

№ 11 2008

Таблица 1

Техническая характеристика грузовых автомобилей.

параметр Форд-Карго 1317 ЗИЛ-4331

1 2 3

Страна -изготовитель Германия Россия

Тип автомобиля грузовой бортовой грузовой бортовой

Колёсная формула 4x2 4x2

Двигатель Deutz F6L-413F ЗИЛ-645

Тип двигателя V-образный дизельный У-образный дизельный

Число цилиндров 6 8

Рабочий объём л 9,57 8,74

Номинальная мощность КВТ (л. с) 130 (177,0) 136,7 (186)

при частоте вращения мин 2500 2800

Максимальный крутящий момент НМ(кгм) при частоте вращения мин"1 613 (62,5) 1500 537,5 (54,8) 1400

Грузоподъёмность 6000 6000

Полная масса кг 12000 12000

Удельная мощность кВт/т, (л с/т) 10,8(14,7) 11,4 (15,5)

№11 2008

Значения критерия технико-экономической эффективности этих автомобилей при различных скоростях установившегося движения приведены в табл. 2

Таблица 2

Значения критерия технико-экономической эффективности.

Скорость Кт-ЭЭ, [ТКМ/Л]

установившегося движения км/ч Автомобиль

Форд-Карго 1317 ЗИЛ-433100

1 2 3

30 116,5 81,6

40 107,1 78,9

50 96,0 72,3

60 85,7 65,2

70 75,5 58,8

80 64,9 52,4

90 55,8 46,3

Осреднённое значение критерия в интервалах скоростей 30 -90 км/ч 88,2 68,4

и 30 - 100км/ч 81,6 65,2

Топливная экономичность, производительность и скоростные свойства отражаются значением критерия технико-экономической эффективности, поэтому выбор значения этого критерия должен основываться на информации об автомобилях конкурентах. Учитывая условия эксплуатации создаваемого или модернизируемого автомобиля, возможности двигателестроения, уровня шин по сопротивлению качения, имеющихся в распоряжении отечественной промышленности и т.д., значения критерия могут назначаться исходя из реальных возможностей. Задача формулировалась следующим образом:

№ 11 2008

- задавшись значениями Кт-ээ построить требуемое топливно-энергетическое поле двигателя, приняв характеристики основных энергопередагощих систем автомобиля, соответствующим возможностям производства.

Решение задачи базируется на установившемся движении АТС, а также силовом и топливном балансах автомобилей ЗИЛ-4331 и Форд-Карго 1317.

На рис Л представлено рекомендуемое топливно-энергетическое поле двигателя для автомобиля ЗИЛ-4331.

Точки топливно-энергетического поля двигателя в которых определены значения механического эквивалента и удельного расхода топлива соответствуют загрузке двигателя при движении по эталонной (динамометрической) дороге в различных весовых состояниях.

Рис 1 .

Рекомендуемое гошшвмо-'шергеткчеекое ноле для ЗИЛ-4331 (ивтомобильная комплектность)

1 - йс^ЗЮ г/кВт-ч

2 - ge~217 г/кВт-ч

3 -^*г=23К2 г/кВт'Ч

4 - йс=245 г/кВт-ч

5 - йе-258 г/кВт-ч

6 - ge-:272 г/кВт-ч

7 - г/кВт-ч

№ 11 2008

Расчёты показывают, что при рекомендуемом топливно-энергети-ческом поле двигателя и применением шин с коэффициентом сопротивления качению/о=0,006 (шины ЕХ 12) расход топлива у автомобиля без прицепа при скорости установившегося движения 60 км/ч составит 14,6 л/100км, что на 20% превосходит аналогичный показатель автомобиля ЗИЛ-4331.

Для проверки этих рекомендаций были построены опытные образцы автомобилей ЗИЛ-4331, оборудованных двигателями КАМАЗ-740 и ЗИЛ-645 с турбонаддувом, которые по показателям топливно-энергетического поля наиболее близки рекомендациям.

При движении по дороге с переменным продольным профилем автопоезда полной массы 23,5 т при средней скорости движения 65,5 км/ч к аналогу Форд Карго 1317 по значениям Кт-ээ наиболее близко подошли опытные автомобили, оборудованные главной передачей с и0=4,75.

У опытных автомобилей значения критерия составляют 71,9 ткм/л (ЗИЛ-645 с турбонаддувом) и 73,2 ткм/л (КамАЗ-740) против 78,6 ткм/л у аналога.

Таким образом, в техническое задание на новый или модернизируемый

автомобиль может быть предложен паспорт двигателя с требуемыми характеристиками, который в сочетании с другими определёнными параметрами автомобиля обеспечит заданное значение Кт-У).

Используя уравнения (5), (7) и (8), можно проводить маркетинговые исследования интересующей ниши автомобильного рынка, включая элементы инженерного прогнозирования основных конструктивных параметров автомобиля.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. А.С. Литвинов "Теория эксплуатационных свойств автотранспортных средств" МАДИ, М. 1978 г,

2. Л.Г. Трембовельский "11оказатель энергетической согласованности узлов и систем АТС" Автомобильная промышленность №8 2006 г.

3 . Л.Г. Трембовельский, Г.М. Борисов "Формализация топливно-энергетического поля двигателя внутреннего сгорания" AMO ЗИЛ-МГИУ: производство, образование, наука-проблемы и перспективы. М. 1998 г, Сборник научных трудов