автореферат диссертации по транспорту, 05.22.20, диссертация на тему:Формирование эффективности автобусных генераторов на основе оптимизации эксплуатационных режимов их работы

^<|»Аїнддкий ТРАНСПОРТНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

2 і ' ■ '

На правах рукопису УДК 629:1 і 3.066.

НЄМИИ СТЕПАН ВОЛОДИМИРОВИЧ

ФОРМУВАННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ АВТОБУСНИХ

ГЕНЕРАТОРІВ НА ОСНОВІ ОПТИМІЗАЦІЇ ПОКАЗНИКІВ ТА ЕКСПЛУАТАЦІЙНИХ РЕЖИМІВ ЇХ РОБОТИ

05.22.20 - Виробництво та ремонт транспортних засобів

АВТОРЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Київ - 1998

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Державному університеті “Львівська політехніка”.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Гащук Петро Миколайович, завідуючий кафедрою “Експлуатація та ремонт автомобільної техніки”

Науковий консультант: кандидат технічних наук, професор Українського транспортного університету Андрусенко Сергій

Іванович. V

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор,

Сахно Володимир Прохорович, завідуючий кафедрою “Автомобілі” Українського транспортного університету; кандидат технічних наук, доцент Левківський Олександр Петрович, АТП фірми

“Київбудтранс”, начальник цеху відновлення деталей.

Провідна установа: Український державний лісотехнічний

університет Міносвіти України, м.Львів.

засіданні спеціалізованої вченої ради Д26.059.01 при Українському транспортному університеті за адресою: 252010, Київ-10,

вул.Суворова, 1.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Українського транспортного університету.

Захист відбудеться “

іі

червня 1998р. о 10.00 годині на

Автореферат розісланий “______травня 1998р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

АКТУАЛЬНІСТЬ ТЕМИ. Основним напрямком підвищення технічного рівня автомобільних транспортних засобів (АТЗ), як тих що випускаються в даний час, так і тих, що знаходяться в стані розробки та підготовки їх до виробництва, є застосування агрегатів та вузлів, у тому числі генераторів з високим рівнем надійності та високими питомими енергетичними характеристиками.

Потенційні властивості генератора, зокрема струмо-швидкісна характеристика (СШХ) і показники надійності формуються в процесі його проектування і виготовлення, однак і вони не є вичерпною характеристикою генератора стосовно системи електропостачання (СЕП) конкретного АТЗ. У даному випадку, поряд із вказаними потенційними властивостями, важливе значення має ступінь їх реалізації на АТЗ.

Сучасне автомобілебудування сформувало стосовно характеристик генераторів однозначне завдання: збільшення віддачі струму, в першу чергу, без збільшення габаритів і маси конструкції, тобто технічний рівень повинен підвищуватися за рахунок зростання питомого коефіцієнта використання. Цього можна досягти, зокрема шляхом покращення якості конструктивних матеріалів, обмоткових параметрів, зменшення повітряного зазора між ротором і ст атором.

При підвищенні питомого коефіцієнта використання, крім зменшення повітряного зазора між ротором і статором, нешшуче зростає лінійне навантаження. Це призводить до значного перегріву обмотки статора і, як наслідок, перегріву інших частіш генератора, зокрема підшипників і випрямляючого блоку, що сприяє зменшенню довговічності останніх. З іншої сторони, ефективність генератора можна підвищити шляхом інтенсифікації його швидкісного режиму. Однак, збільшення частоти обертів генератора, вимагає високої надійності підшипників. У даному випадку надійність підшипників може бути забезпечена врахуванням навантажень, які виникають в процесі роботи, їх обмеженням шляхом оптимального вибору параметрів пасової передачі (кількість, переріз та натяг пасів), а також обгрунтованим вибором передаточного відношення привода генератора з метою формування його раціонального швидкісного режиму.

В аспекті системного підходу до формування технічного рівня АТЗ є мінімізація енергетичних витрат для привода генератора. Вказана проблема вирішується шляхом створення функціональних систем АТЗ, які характеризуються оптимальїгам споживанням електроенергії. Крім

цього немаловажне значення мають заходи, спрямовані на зниження рівня шуму, створюваного генераторами. Це вимагає дослідження та аналізу специфіки експлуатаційних умов, навантажувальних режимів генераторів, характерних для автобусів і відповідного формування ефективності генераторів на стадії розробки конструкції автобусів.

Дослідженню специфіки експлуатаційних умов генераторів, оп-тимізації їх параметрів та характеристик, приділяли значну увагу Ю. М. Галкін, Л. П. Лейкін, Б. І. Євграфов, В. М. Масич, Ю. О. Купсєв, Л. В. Копилова, S. I. Yang та інші вчені.

Однак у роботах, які стосуються вказаної проблеми відсутня систематизація взаємозв'язку експлуатаційних якостей і конструктивних рішень СЕП, відсутній критерій порівняльної оцінки ефективності використання генераторів на АТЗ. Відсугні достатні дані, які характеризують швидкісний і температурний режим генераторів автобусів, особливо з дизельними двигунами. Відсутня методика розрахунку параметрів привода генераторів. Крім цього відсутні аналіз та обгрунтування напрямків досліджень, спрямованих на зниження енергоспоживання генераторів і, відповідно, підвищення паливної економічності автобусів.

МЕТОЮ І ЗАДАЧАМИ ДОСЛІДЖЕННЯ є вдосконалення конструкції АТЗ, зокрема автобусів, на основі розробки теоретичних і методологічних основ формування ефективності генераторів на стадії проектування або модернізації АТЗ.

Для досягнення поставленої мети в роботі сформульовані і вирішені такі задачі:

- на основі системного підходу сформована структурна модель взаємозв'язку експлуатаційних якостей і конструктивних рішень СЕП;

- запропоновано показник порівняльної оцінки ефективності використання генератора на АТЗ;

- розроблена методика розрахунку струмової віддачі генератора аналітичним методом;

- обгрунтовано оптимальне значення передаточного відношення привода генератора;

- розроблена методика оцінки енергетичних витрат для привода генераторів та інших допоміжних агрегатів АТЗ;

- сформульовані напрямки робіт, направлених на оптимізацію енергоспоживання найбільш енергоємних споживачів електроенергії, зокрема, з метою зниження енергоспоживання системою внутрішнього освітлення автобусів, як однієї з найбільш енергоємних споживачів електроенергії; обгрунтовано норми освітленості пасажирських

з

приміщень, проведена оцінка ефективності і економічності внутрішнього освітлення та визначені найбільш раціональні джерела світла;

- розроблена методика розрахунку привода генераторів, рідинних насосів і вентиляторів системи охолодження АТЗ;

- обгрунтовані норми початкового натягу пасів у приводах допоміжних агрегатів АТЗ;

- проведені експериментальні дослідження температурних і швидкісних режимів та шумових характеристик генераторів.

Об’єктом дослідження є генераторні установки практично всіх моделей автобусів виробництва Львівського і Лікінського (Росія) автобусних заводів, а також автобусів спеціальних конструкцій, створених Укравтобуспромом.

Для вирішення сформульованих задач застосовані аналітичні методи на основі системного підходу, з допомогою яких, зокрема, сформована структура взаємозв'язку експлуатаційних якостей і конструктивних рішень СЕП та обгрунтовано показник оцінки ефективності використання генератора. Використано основи теорії автомобіля, автотракторних двигунів, автомобільного електрообладнання та пасового привода.

Виходячи з того, що теоретична база для розрахунку показників температурних і швидкісних режимів та шумових характеристик генераторів АТЗ відсутня, а її розробка вимагає спеціальних трудомістких досліджень, оцінку вказаних показників було виконано експериментальним методом. Для обробки експериментальних даних застосовані методи теорії ймовірності та математичної статистики.

НАУКОВА НОВИЗНА ОДЕРЖАНИХ РЕЗУЛЬТАТІВ :

- сформована структурна модель взаємозв'язку експлуатаційних якостей і конструктивних рішень СЕП, на основі якої здійснюється формування ефективності генераторів в процесі проектування АТЗ;

- запропоновано показник порівняльної оцінки ефективності використання генератора на АТЗ, який виступає оптимізаційною моделлю формування ефективності;

- розроблена методика розрахунку струмової віддачі генератора аналітичним методом;

- в аспекті реалізації цільової функції максимального використання продуктивності генератора обгрунтовано оптимальне значення передаточного відношення його привода;

- розроблена методика оцінки енергетичних витрат для привода генераторів та інших допоміжних агрегатів АТЗ;

- проведено обгрунтування норм освітленості пасажирських

приміщень автобусів і запропоновані найбільш економічні джерела світла; .

- розроблена методика розрахунку привода генераторів, рідинних насосів і вентиляторів системи охолодження АТЗ;

- обгрунтовані норми початкового натягу пасів в приводах допоміжних агрегатів АТЗ;

- досліджено вплив генераторів на рівень шуму в пасажирських приміщеннях автобусів.

ПРАКТИЧНЕ ЗНАЧЕННЯ роботи полягає в тому, що отримані результати мають наступне застосування:

- врахування і оцінка сформульованого системного взаємозв'язку факторів, які впливають на експлуатаційні якості СЕП, дозволяє в свою чергу, впливати на формування експлуатаційних якостей в процесі проектування СЕП і АТЗ;

- запропонований показник порівняльної оцінки ефективності використання генератора дозволяє ддя розробленої СЕП вибрати, з наявного тииорозмірного ряду, генератор з найбільш оптимальними параметрами;

- методика розрахунку віддачі струму генератором аналітичним методом зменшує трудомісткість розрахунку балансу електроенергії АТЗ і робить можливим виконання вказаного розрахунку з допомогою машинних засобів;

- обгрунтоване значення передаточного відношення иривода генераторів дозволяє максимально використати їх потенційну продуктивність дня забезпечення балансу електроенергії АТЗ;

- розроблена методика розрахунку витрат потужності для привода генератора та інших допоміжних агрегатів може бути використана при розрахунку тягово-швидкісних властивостей АТЗ;

- з метою зниження витрат для привода генератора обгрунтовано норми освітленості пасажирських приміщень автобусів і запропоновано найбільш економічні джерела світла для проектування систем внутрішнього освітлення автобусів;

- розроблена методика розрахунку привода генератора, рідинного насоса і вентилятора системи охолодження АТЗ дозволяє вибрати найбільш оптимальні параметри пасових передач, що сприяє зниженню механічних навантажень підшипників приводимих агрегатів і пасів;

- отримані реальні значення температурних режимів експлуатації генераторів автобусів можуть бути використані дня їх імітації в лабораторних умовах при випробуваннях і доводці конструкції генераторів;

- результати досліджень швидкісного режиму генераторів дозволяють прогнозувати швидкісний режим генераторів автобусів аналогічного типажу;

- дослідження особливостей впливу генераторів на рівень шуму в пасажирських приміщеннях автобусів дозволяють вибрати ефективні конструктивні засоби для мінімізації впливу генераторів на шум у пасажирських приміщеннях автобусів, що сприяє підвищенню їх комфортабельності.

Результати дисертаційної роботи при безпосередній участі автора реалізовані в конструкціях моделей автобусів виробництва Львівського і Лікінського автобусних заводів та в конструкціях автобусів, створених Укравтобуспромом.

Внаслідок впровадження результатів досліджень підвищена ефективність СЕП, зменшена на 6 кг маса генераторних установок автобусів ЛАЗ-695Н, ЛАЗ-699Р, ЛАЗ-4207, ЛАЗ-5252, ЛіАЗ-677, ЛіАЗ-5256. На 50% зменшено споживання струму системами внутрішнього освітлення автобусів мод. 5259 та А-18І. Знижено на 3-5 дБА рівень шуму, створюваний генераторами в пасажирських приміщеннях автобусів ЛАЗ-697Р, ЛАЗ-699Р, мод. 5255П1. Розроблені на основі досліджень методики розрахунків, використання яких зменшує трудомісткість конструкторських робіт та підвищує технічний рівень розробок, застосовуються спеціалістами Укравтобуспрому та ВАТ "Львівський автобусний завод". Результати досліджень використані при розробці технічних вимог, конструюванні та випробуваннях конструкцій автобусних генераторів моделей Г287 К/Л, 65.3701 і 88.3701 Самарським заводом автотракторного електрообладнання (КЗАТЕ, Росія) та 85.000 ВАТ "Електромаш" (м.Херсон). Економічна ефективність від впровадження генераторів Г287К та 65.3701 на Львівському автобусному заводі становила 44,5 тис. крб. з розрахунку на річний обсяг виробництва автобусів у 1987 р.

АПРОБАЦІЯ РЕЗУЛЬТАТІВ ДИСЕРТАЦІЇ. Результати досліджень були заслухані, обговорені та отримали позитивну оцінку; на науково-технічних нарадах Мінмашпрому України в 1992-1996 рр.; на засіданнях науково-технічної ради Укравтобуспрому в 1990-1996 рр.; на міжнародній науково-технічній конференції "Перспективи і проблеми розвитку автобусів, автовантажників та агрегатів", Львів, 1991 р.; на міжнародній науково-нрактичній конференції "Проблеми та перепекти-

ви розвитку конструкцій і організації виробництва автобусів (тролейбусів), автовантажників, автокранів та агрегатів", Львів, 1992 р.; на міжнародній науково-практичній конференції "Шляхи розвитку ав-тобусобудування України в умовах переходу до ринку", Львів, 1992 р.; на міжнародній науково-практичній конференції "Альтернативні види палива", Львів, 1994 р.; на III та IV польсько-українських конференціях "САПР в машинобудуванні - проблеми впровадження та навчання", Варшава, 1995р., Львів, 1996 р.

ПУБЛІКАЦІЇ. По темі дисертаційної роботи опубліковано 17 друкованих робіт.

СТРУКТУРА І ОБСЯГ ДИСЕРТАЦІЇ. Структура дисертаційної роботи, сформована задачами досліджень, складається з вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаної літератури з 105 назв та додатків. Все викладено на 171 сторінках машинописного тексту, включаючи 15 таблиць та 33 рисунки.

ЗМІСТ РОБОТИ

У ВСТУПІ розкривається актуальність теми, формулюється науково-прикладна задача та висвітлюються основні положення, які виносяться на захист.

В ПЕРШОМУ РОЗДІЛІ розглянуто основні аспекти формування ефективності генераторів. '

На основі системного підходу сформована структурна модель (рис.1) взаємозв'язку експлуатаційних якостей і конструктивних рішень СЕП АТЗ та проведено її аналіз, на основі якого встановлено, що особливості формування експлуатаційних умов і ступінь їхнього впливу на ефективність генераторів у значній мірі характеризують технічний рівень конструктивних рішень СЕП АТЗ.

СШХ генератора формується в процесі його проектування і виготовлення, однак і вона не є вичерпною характеристикою генератора стосовно СЕП конкретного АТЗ. У даному випадку, поряд із потенційними властивостями СШХ, важливе значення має ступінь її реалізації на даному АТЗ, тобто ефективність використання.

Рис. 1. Структурна схема ЬзаємазЬ'язку експлуатаційних якостей і конструктиЬних рішень СЕП аЬтама5і/ія

З метою порівняльної оцінки ефективності використання генераторів на АТЗ запропоновано і обгрунтовано відповідний показник, який визначається за формулою

де Ке - коефіцієнт використання генератора на АТЗ;

Іне - еквівалентний струм споживачів у режимі "зима-ніч"; цг - годинна (еквівалентна) віддача струму генератором;

Сгг - вага генератора з шківом;

Ітах - максимальний струм генератора.

Вказаний показник дозволяє з наявного типороз мірного ряду генераторів з близькими характеристиками, вибрати генератор з оптимальними параметрами, а також зробити порівняльну оцінку ефективності використання генераторів на АТЗ відповідного типажу.

З мстою розрахунку годинної віддачі струму генератора аналітичним методом, при різних значеннях передаточного відношення його привода, отримано формулу :

де пйі - ряд послідовних значень обертів колінчатого вала двигуна, які відповідають середині однакових часових інтервалів Мв в діапазоні від обертів холостого ходу до максимальних обертів; k - кількість однакових часових інтервалів Лі в ; і} -Кг1/25 - умовне передаточне відношення привода генератора прн фактичному коефіцієнті обертовосгі Кі;

А п—пр-пх, де пх, пр - відповідно, частота обертання ротора, яка відповідає початку віддачі струму та розрахункова частота обертання;

Ч?2 ■ значення годинної віддачі струму генератора, швидкісний режим якого відповідає стандартним кривим розподілу частоти обертів по часу (ОСТ 37.003.034-77) при передаточному від-

f

к Ид і 11

J

ношенні привода і ?2 = 2, 4;

Аі~ І тах ~ Лі ах (/ тих ~ Ілі) ’

Л?-І тах ~ Аї вх (/ тах ~ /а?) ’

де Лі„х - відносний час роботи двигуна на холостому ходу;

Іх1, /Ло - відповідно, віддача струму генератора при роботі двигуна на холостому ходу при фактичному передаточному відношенні привода і?1 та і,2 - 2,4.

На основі даних теоретичних викладок розроблена методика розрахунку, в якій значення Лівх, Ап, пм і (цг2 - Л2) подані в таблиці як розрахункові дані для найбільш застосовуваних моделей генераторів на вантажних автомобілях та автобусах у характерних для них умовах експлуатації.

Потенційні властивості генераторів АТЗ формуються виходячи з необхідності забезпечення віддачі струму при роботі двигуна на холостому ходу. Як показують результати досліджень (рис. 4) тривалість роботи двигунів автобусів на холостому ходу в міському режимі експлуатації може досягати 45% часу експлуатації. Враховуючи вказані обставини, з метою запобігання надмірного розряду акумуляторних батарей, струмова віддача генератора при роботі двигуна на холостому ходу повинна бути якнайбільшою. З цього випливає, що ефективність генератора в значній мірі залежить від передаточного відношення його привода іг.

При визначенні максимального значення 4 застосовано два критерії:

1) середнє значення частоти обертання ротора генератора не повинно перевищувати допустиме значення частоти обертання підшипників;

2) при роботі двигуна на холостому ходу доцільно забезпечити віддачу генератора, рівною (0,7-0,8)/,мт, що відповідає значенню розрахункового струму генератора /Р.

Проведений аналіз згідно першого критерію показує, що максимальні значення 4=8-13. Цілком очевидно, що отримані значення /, не є раціональними, тому що, по перше, частота обертання генератора буде у декілька разів більшою, ніж це потрібно навіть для того, щоб струм віддачі був рівним Ітах і по друге, даний швидкісний режим буде сприя-

ти зниженню надійності генератора через прискорене спрацювання підшипників і щіткового вузла.

В сучасних автобусних генераторах розрахункова частота обертання пр становить 2100-2400 хв 1 Виходячи з другого критерію, при частоті обертання холостого ходу двигунів, рівній 600 хв1, іг — 3,5 - 4. Таким чином, з мстою найбільш ефективного використання генераторів на автобусах, оптимальне значення іг повинно становити 3,5 - 4.

В ДРУГОМУ РОЗДІЛІ розглянуто проблему оптимізації енергетичних параметрів генераторів.

Розроблено математичні моделі оцінки енергетичних витрат для привода генераторів у залежності від умов експлуатації. В загальному випадку, знаючи енергетичну характеристику А'(п) і функцію розподілу частоти обертання допоміжного агрегагата по часу ів(п) еквівалентні витрати потужності для його привода за годинний цикл роботи можна визначити з залежності

де і\'(п) - витрати потужності для привода допоміжного агрегата в

допоміжного агрегата; пах, пшпах - відповідно, мінімальна та максимальна частота обертання допоміжного агрегата.

Оскільки аналітичний вираз функції розподілу ів(п) отримати важко, то рівняння (1) доцільно розв’язувати меюдом графічного інтегрування. Припускаючи, що в режимі "зима-ніч" потужність генератора реалізується повністю, еквівалентні витрати для його привода визначаються за формулою

(1)

залежності від частоти обертання;

СІ Ів ..... . . „

-------похідна функції розподілу по частоті ооертання

СІП "

N пі А Іві -

к

де А',„- - витрати потужності для привода генератора в даному елементарному інтервалі;

Аіві - відносний час робоїи в даному елементарному інтервалі;

V - напруга генератора;

- ККД пасової передачі; к

77, , = £77, • Аіві ‘ еквівалентний ККД генератора;

’ е ні г'

ц?і - ККД генератора в даному елементарному інтервалі; к - кількість елементарних інтервалів

Аналогічно, витрати потужності для привода генератора, обумовлені конкретним еквівалентним навантаженням визначаються за формулою

де І,, /с - струм заряду акумуляторних батарей для компенсації їх

ємності, витраченої, відповідно, па запуск двигуна і на живлення споживачів на стоянках з непрацючим двигуном.

Для зимових умов експлуатації еквівалентні (середньодобові) витрати потужності для привода генератора можна визначити за формулою

де Іде - еквівалентний струм споживачів в режимі "зима-день'’.

Значення еквівалентної потужності двигуна можна визначити аналогічно, виходячи з формули (і), підстановкою відповідних значень потужності двигуна і\!е з його зовнішньої швидкісної характеристики.

Отримані, у відповідності з викладеним, результати порівняльних розрахунків еквівалентних потужностей двигунів і витрат для привода генераторів за формулами (2 , 3, і 4) зведені в таблицю.

Nn-

(3)

п 7і їпе + їдо +1 з +1 с •

(4)

Таблиця. Реалізація еквівалентної потужності двигунів та витрати для __________________________привода генераторів____________________________

Марка автобуса Умови експлуата- ції Еквівалентна потужність, кВт

двигуна генератора

(2) (3) (4)

ЛАЗ-695Н в місті 54,83 1,63 1,74 1,14

за містом 65,95 1,78 1.77 1,17

ЛАЗ-42021 в місті 71,73 3,03 2,88 2,28

за містом 86,84 3,4 2,91 2,3

Мод.5259 в місті 61,3 4.32 3,94 3,21

Як віщно з результатів досліджень, витрати для привода генератора можуть становити понад 6% потужності двигуна.

Аналіз навантажень генераторів показує, іцо серед постійно функціонуючих споживачів електроенергії в автобусах найбільш енергоємними с системи опалення та внутрішнього освітлення.

В існуючих конструкціях автобусів ЛАЗ і ЛіАЗ витрати на освітлення пасажирського приміщення становлять 25 - 40% витрат електроенергії. Це, наприклад, для автобуса ЛіАЗ-5256 становить понад 1,5% витрат потужності двигуна. В зв'язку з цим, задача оптимізації енергоспоживання системою внутрішнього освітлення вирішувалася в наступних аспектах:

1) визначено відповідні критерії і на їх основі проведено обгрунтування раціональних норм освітленості пасажирських приміщень;

2) проведено аналіз джерел світла в економічному і гігієнічному аспектах та обгрунтовано застосування найбільш ефективних з них.

Мінімально допустимі норми освітленості пасажирського приміщення обгрунтовано виходячи з характеру зорової роботи пасажирів, економічної доцільності та гігієнічних вимог. Критеріями для визначення характеру зорової роботи, виконуваної пасажирами в автобусі прийнято:

1) час перебування пасажира в автобусі (час поїздки);

2) характер зорової інформації, яку сприймає пасажир.

На цій основі обгрунтовано мінімальні норми освітленості різних зон пасажирського приміщення автобусів, зокрема значення середньої освітленості місць для сидіння - 50 як для ламп розжарювання та 75 лк -

для люмінесцентних. Нерівномірність освітленості нормувати недоцільно.

В енергетичному і гігієнічному аспектах, найбільш доцільним є застосування для внутрішнього освітлення автобусів люмінесцентних, ламп тепло-білого світла.

В ТРЕТЬОМУ РОЗДІЛІ розглянута проблема оптимізації параметрів привода генераторів. Обгрунтовано актуальність проблеми, зокрема відзначено вплив параметрів пасової передачі на навантаженість підшипників генератора.

Обгрунтовано, що розрахунок індивідуального привода генератора необхідно виконувати в режимі, параметри якого відповідають розрахунковим обертам ротора генератора пР. При розрахунку групового привода генератора разом з рідинним насосом і вентилятором системи охолодження АТЗ, в якості розрахункових, обгрунтовано режими роботи, які відповідають розрахунковій частоті обертання ротора генератора і частоті обертання, нижче від якої двигун працює 90% всього часу роботи.

Досліджено перевантаження привода в процесі електростартерно-го запуску та розгону двигуна. Встановлено, що інерційні навантаження привода, які виникають при запуску двигуна практично не впливають на перевантаження паса через незначну тривалість дії (не більше 0,3% від тривалості роботи двигуна). Перевантаження привода необхідно враховувати разом з інерційними навантаженнями, які виникають при розгоні АТЗ. З цією мегою отримано формулу для визначення перевантаження, яка зв'язує показники двигуна, генератора та приводних пасів.

В аспекті зниження навантаження клинових пасів та підшипників приводимнх агрегатів проведено теоретичні і експериментальні дослідження тягових властивостей пасових передач АТЗ. Встановлено, що в нормативній методиці (ГОСТ 5813-76) при розрахунку початкового натягу паса застосовується значення коефіцієнта тяги = 0,59, що призводить до невиправдано високого значення натягу паса і відповідного перевантаження підшипників приводимих агрегатів. Оцінка реальних тягових властивостей передачі здійснювалася виходячи з коефіцієнта тяги у', який визначається по відношенню до робочого натягу віток паса 5і і 5г згідно формули, запропонованої В. К. Мартино-вим:

і

3 1+0Д5У ’

де у/ - коефіцієнт тяги но відношенню до початкового натягу паса 5о.

У результаті аналізу робочих режимів пасових передач АТЗ обгрунтовано, ідо в двошківних передачах (а також у трьохшківних, в яких загальна довжина віток паса, натяг яких при навантаженні менший ніж £0, перевищує загальну довжину віток з натягом, більшим від для розрахунку початкового натягу паса, оптимальне значення коефіцієнта тяги \у— 0,75 по відношенню до початкового натягу. Вказане ілюструється даними рис. 2 на якому бачимо, що реальний коефіцієнт тяги у/ по відношенню до робочого натягу віток паса не перевищує допустимого значення.

Результати експериментального дослідження тягових властивостей пасової передачі групового привода генератора і рідинного насоса системи охолодження автобуса ЛАЗ-4202 підтвердили збереження працездатності передачі при коефіцієнті тяги у/> 1, по відношенню до початкового натягу паса.

У ЧЕТВЕРТОМУ РОЗДІЛІ подано результати експериментальних досліджень експлуатаційних режимів і шумових характеристик генераторів автобусів.

Досліджено температурні режими генераторів автобусів різних конструкцій в експлуатації у гірських умовах, на шосе та на міському маршруті, проведена статистична оцінка результатів досліджень (рис. 3) на основі чого обгрунтовано розрахункове значення температури оточуючого середовища, величина якого повинна бути врахована при проектуванні та відповідних лабораторних випробуваннях і доводці конструкцій генераторних установок, шляхом імітації температури, оточуючого генератор повітря, характерної для експлуатації автобусів. Зокрема, виходячи з нормативного ефективного верхнього значешія температури оточуючого середовища +40°С, для конструктивних виконань У, ХЛ та УХЛ генераторів автобусів, розрахункове значення температури оточуючого середовища рекомендується приймати не нижче ніж +90°С (ДТ = +50°С).

Досліджено швидкісний режим генераторів автобусів з карбюраторними та дизельними двигунами, в результаті чого отримано дані (рис. 4), які можуть бути використані при аналізі швидкісних режимів генераторів і автобусів аналогічного типажу в характерних умовах експлуатації.

Проведено дослідження впливу генераторів на рівень шуму в пасажирських приміщеннях автобусів. Встановлено, що у випадку кріплення генератора поза двигуном (на каркасі автобуса), за рахунок генератора рівень шуму в пасажирських приміщеннях міських і

О 0,5 І АР

0,69

0,55

0,38

0,2

іґііс. 6, залежність лисиу*иіеита ш-ги від перевантаження передачі :

І - ф = 0,59, дР = 0,5; 2 -ф= 0,59, ДР = 1,5; 3 - ір = 0,75, АР = 0,5;

4 - ір = 0,75, АР = 1,5

0,6

0,4

0,2

0

20

&

0,8

0,6

0,4

0,2

'і- г // / / /

2-і N / / ч

3- і // 'А 'Л ч2

4^ /\ к ч3

5- V ч4

II 1 / 1 І Ч

а ^ / 41 і

/!/// 1 1 і /у

В ' //У р Г// / /

'//'і// «V

// /

І 2 \ У1 / Ч: V 5

\ \ /V / / Vі/

И ,л г/ /

/ / / /І\ /

і/ /

/ * / /

1 г * / № =60

1 1 !

Рис. 3. Графіки функцій розподілу значень перевищення температури в зоні генераторів : а - на міському маршруті /І/ і шосе /2-5/; б - на гірському підйомі;

І - ЛіАЗ-5256; 2 - код,

5259; 3 - ІАЗ-695Н;

4 - ІАЗ-4206*

5 - ЛАЗ-4207

Рис. 4. Розподіл частоти обертання генераторів по часу :

1 - ЛІіАЗ-5256 /місто/;

2 - ЛАЗ-695Н /місто/; -

3 - ЛАЗ-695Н /за містом/;

4 - ЛАЗ-4202І /місто/;

5 - ЛАЗ-4202І /за містом/

1000 2000 3000 П.,хв-1

міжміських автобусів, при роботі двигунів на холостому ходу, збільшується на 3 - 6 дБА. Застосування в кріпленнях генераторів вібро-поглинаючих елементів знижує рівень щуму на 3-5 дБА. При установці генератора на двигуні його вплив на рівень шуму в аналогічному режимі практично не перевищує 2 дБА.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ТА ВИСНОВКИ

1. Особливості формування експлуатаційних умов і ступінь їхнього впливу на ефективність генераторів у значній мірі характеризують технічний рівень конструктивних рішень СЕП АТЗ. У зв'язку з цим формування ефективності генераторів у процесі конструювання АТЗ є рішенням дискретних оптимізаційних задач, зокрема: вибір з наявного типорозмірного ряду генератора, застосування якого в даній СЕП буде найбільш ефективним; мінімізація споживання струму найбільш енер-гомісткими системами шляхом оптимізації параметрів останніх; розрахунок параметрів пасового привода генератора з метою забезпечення мінімальних навантажень пасів та підшипників генераторів, а також формування швидкісного режиму роботи, при якому забезпечується максимальна віддача струму генератором; компоновка генератора в моторному відділенні з врахуванням вимог щодо обмеження механічних і температурних навантажень та рівня шуму в пасажирському приміщенні.

2. Обгрунтовано і запропоновано показник оцінки ефективності використання генератора, що дозволяє з наявного типорозмірного ряду генераторів з близькими характеристиками, вибрати генератор з оптимальними параметрами, а також зробити порівняльну оцінку ефективності генераторів АТЗ відповідного типажу.

3. Розроблена методика розрахунку годинної віддачі струму генератора аналітичним методом, за рахунок чого зменшується трудомісткість розрахунку балансу електроенергії АТЗ і стає можливим виконання вказаного розрахунку з допомогою машинних засобів.

4. Ефективність генераторів у значнім мірі залежить від передаточного відношення його привода. У зв'язку з цим, із метою найбільш ефективного використання генераторів на автобусах, обгрунтовано оптимальне значення передаточного відношення привода, яке повинно становити 3,5 - 4.

5. Розроблена методика і отримано формули ддя розрахунку енергетичних витрат для привода генераторів та інших допоміжних аг-

регатів АТЗ, у результаті чого встановлено, що в сучасних автобусах енергетичні витрати для привода генератора можуть становити понад 6% потужності двигуна.

6. Із метою зниження енергоспоживання генераторів за рахунок системи внутрішнього освітлення автобусів, обгрунтовані відповідні норми освітленості різних зон пасажирського приміщення, зокрема встановлено, що для дотримання гігієнічних вимог середня освітленість місць для сидіння повинна становити 50 лк при застосуванні ламп розжарювання і 75 лк при люмінесцентних лампах. У даному аспекті, для значного зниження енергоспоживання системою внутрішнього освітлення міських автобусів доцільно застосовувати люмінесцентні лампи теплобілого світла.

7. Розрахунок індивідуального привода генераторів необхідно виконувати в режимі, параметри якого відповідають розрахунковим обертам ротора генератора. Розрахунок привода рідинного насоса і (або) вентилятора системи охолодження рекомендується проводити в режимі, який відповідає частоті обертання, нижче від якої вказані агрегати працюють 90% всього часу роботи. При розрахунку групового привода генератора разом з рідинним насосом і вентилятором системи охолодження АТЗ, в якості розрахункових, обгрунтовано режими роботи, які відповідають розрахунковій частоті обертання ротора генератора і частоті обертання, нижче від якої двигун працює 90% всього часу роботи.

8. При визначенні перевантаження привода необхідно враховувати інерційні навантаження, які виникають при розгоні АТЗ. Інерційні навантаження привода, які виникають при запуску двигуна практично не впливають на перевантаження паса через незначну тривалість дії.

9. З метою підвищення довговічності пасів і підшипників приво-димих агрегатів у двошківних передачах АТЗ, а також у трьохшківних, в залежності від їх геометрії і особливостей компоновки, при розрахунку початкового натягу паса доцільно приймати коефіцієнт тяги, значення якого дорівнює 0,75.

10. Для конструктивних виконань генераторів автобусів У, ХЛ та УХЛ розрахункове значення температури оточуючого середовища рекомендується приймати не нижче ніж +90°С.

11. При роботі двигуна на холостих обертах на рівень шуму в пасажирських приміщеннях автобусів у значній мірі впливають генератори. Оскільки, особливо в умовах міського руху, тривалість роботи двигунів автобусів на холостому ходу може становити до 45% часу роботи, то цілком очевидна актуальність заходів по зниженню рівня щуму ство-

рюваного генераторами. Вказані заходи стосуються як подальшого вдосконалення конструкцій генераторних установок, так і особливостей їх компоновки в моторних відділеннях АТЗ.

Основні положення дисертації опубліковані в таких роботах:

1. Немый С. В. Снижение энергетических затрат на привод вспомогательных агрегатов автобусов. - В сб.: Труды ВКЭИавтобуспрома, -1988.-с. 99-107.

2. Немый С. В. Эффективность автомобильных генераторов. - В сб.: Труды ВКЭИавтобуспрома, 1989. - с. 56-62.

3. Немый С. В. Новое в системе электроснабжения, автобусов J1A3 и ЛиАЗ. - Автомобильный транспорт, 1991, № 7. - с. 50-51.

4. Немый С. В. Отраслевая наука в интересах пассажирского транспорта. - Автомобильная промышленность, 1992, № 7. - с. 5-7.

5. Немый С. В. Формирование надежности системы электроснабжения АТС. - Автомобильная, промышленность, 1994, № 12. - с. 25-27.

6. Нємий С. В. Експлуатація пасових передач: - Сигнал, 1994, № 7. - с. 36.

7. Нємий С. В. Перспективні розробки ВКЕІавтобуспрому. //Матеріали конференції "Перспективи і проблеми розвитку автобусів, автовантажників та агрегатів". - Львів, 1991. - с. 67-69.

8. Нємий С. В. Обгрунтування норм освітленості пасажирських приміщень автобусів. //Тези доповідей міжнародної конференції "Альтернативні види палива". - Львів, 1994. - с. 18-25.

9. Нємий С. В. Проблеми впровадження системи автоматизації експериментальних досліджень при випробуваннях автомобілів і автобусів. //Zbior referatow Hi Polsko-Ukraiilskej Konfereuzji “CAD w budowie maszyn - problemy wdrazania і nauczania”. - Warszawa. 1995. - s. 41-45.

10. Нємий C.B. Критерій оцінки ефективності використання генераторів на автомобільних транспортних засобах. //Матеріали IV українсько-польської конференції "САПР в машинобудуванні - проблеми впровадження та навчання". -Львів, 1996. - с. 46 - 52.

11. Немый С. В. Внутреннее освещение автобусов. - Автомобильная промышленность, 1997, № 2. - с. 21-22.

12. Немый С. В., Выговский М. А. Нагревательные элементы зеркал заднего вида. - Автомобильная промышленность, 1991, № 7. - с. 2223.

13. Немый С. В., Каминский Я. Н. Особенности расчета привода автомобильных генераторов, - В сб.: Труды ВКЭИавтобуспрома, 1981. -с. 148 - 160.

14. Немый С. В., Каминский Я. Н. Некоторые вопросы расчета привода генераторов совместно с вспомогательными агрегатами автомобилей. - В сб.: Труды ВКЭИавтобуспрома, 1982. - с. 147 -161.

15. Немый С. В., Каминский Я. Н. Оптимизация начального натяжения ремня в клиноременных передачах автомоблей. - В сб.: Труды ВКЭИавтобуспрома, 1985. - с. 104 - 114.

16. Немый С. В., Каминский Я. Н., Самохвалов В. Б. Исследование уровня шума, создаваемого генераторами в пассажирских помещениях автобусов. - В сб.: Труды ВКЭИавтобуспрома, 1983. -с. 181 - 187.

17. Немый С. В., Стысло Я. А. Температурный режим эксплуатации электрооборудования автобусов. - В сб.: Труды ВКЭИавтобуспрома, 1989. - с. 49-56.

АНОТАЦІЯ

УДК 629.113.066. Нємий С.В. Формування ефективності автобусних генераторів на основі оптимізації показників та експлуатаційних режимів їх роботи. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.22.20 - виробництво та ремонт транспортних засобів. Український транспортний університет, Київ, 1998.

Робота направлена на вдосконалення конструкції автомобілів та автобусів в аспекті розробки теоретичних та методологічних основ формування ефективності генераторів.

Досліджено основні фактори, які впливають на формування ефективності генераторів на стадії проектування автобусів.

Розроблена методика розрахунку віддачі струму генератора. Проведена оцінка енергетичних витрат для генераторів та розроблена методика розрахунку їх привода. Досліджено температурний і швидкісний режими генераторів та їх вплив на рівень шуму в пасажирських приміщеннях автобусів.

Ключові слова: автотранспортний засіб, автобус, генератор, ефктивність, віддача струму, привод.

АННОТАЦИЯ

УДК 629.113.066 Немый С. В. Формирование эффективности автобусных генераторов на основе оптимизации показателей и эксплуатационных режимов их работы. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.22.20 - производство и ремонт транспортных средств. Украинский транспортный университет, Киев, 1998.

Работа направлена на совершенствование конструкций автомобилей и автобусов в аспекте разработки теоретических и методологических основ формирования ефективности генераторов.

Исследованы основные факторы, влияющие на формирование эффективности генераторов на стадии проектирования автобусов. Разработана методика расчета токовой отдачи генератора. Проведена оценка энергетических затрат для генераторов. Разработана методика расчета их привода. Исследованы температурный и скоростной режимы генераторов а также влияние их на уровень шума в пассажирских помещениях автобусов.

Ключевые слова: автотранспортное средство, автобус, генератор, эффективность, отдача тока, привод.

ANNOTATION

UDK 629.113.066 Nemyi S.V. Shaping the efficiency of buses generatores on the basis of optimisation figures and ecsploitations conditions rating. .

The dissertation for an academic degree of candidat of technical science by the speciality 05.22.20- ’’Production and repair vehicles”. Ukrainian Transport University, Kyiv, 1998.

The work direct on the perfection constryction of automobiles and buses in the aspect of development theoretical and metodologycal basis of shaping the efficiency of generatores.

Reseach the basis factores, that influence on the shaping the efficiency of generatores on the stage projecting of buses.

Worked-out is the procedure of computation current delivery of generatores. Conduct the evaluation expenditure of energy for generatores, and worked-out the procedure of computation theirs drive. Research the temperature and velocity condicions of generatores, and injection theirs on the noise level in passcngeres compartmentes of buses.

Key-works: the automobil vehicle, the bus, the generator, the efficiency, tne current delivery, the drive.