автореферат диссертации по транспорту, 05.22.10, диссертация на тему:Корректирование линейных норм расхода топлива при неравномерном движении автомобилей

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

МАНЯШИН АЛЕКСАНДР ВЛАДИМИРОВИЧ

КОРРЕКТИРОВАНИЕ ЛИНЕЙНЫХ НОРМ РАСХОДА ТОПЛИВА ПРИ НЕРАВНОМЕРНОМ ДВИЖЕНИИ АВТОМОБИЛЕЙ

Специальность 05.22.10 - Эксплуатация автомобильного транспорта

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель - заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор технических наук, профессор Л.Г. РЕЗНИК

Тюмень 1999

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ..............................................................................................................4

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА..................................................8

1.1. Основные факторы, влияющие на расход топлива при эксплуатации автомобилей..............................................................................................................8

1.2. Влияние режима движения автомобилей на их топливную экономичность........................................................................................................10

1.3. Показатели и измерители режима движения...............................................15

1.4. Методы расчетного определения расхода топлива.....................................27

1.4.1. Аналитические зависимости..............................................................27

1.4.2. Регрессионные зависимости..............................................................35

1.4.3. Моделирование на ЭВМ....................................................................36

1.5. Нормирование линейного расхода топлива.................................................39

1.5.1. Теоретические основы нормирования..............................................39

1.5.2. Корректирование линейных норм....................................................42

1.6. Задачи исследования......................................................................................44

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ...........................................46

2.1. Общая методика исследований.....................................................................46

2.2. Обоснование показателя неравномерности.................................................48

2.3. Влияние неравномерности движения автомобиля на расход топлива.....54

2.4. Теоретические предпосылки к определению параметров зависимости для новых марок и моделей автомобилей...........................................................60

2.4.1. Определение параметров с использованием ГОСТ 20306-90.......61

2.4.2. Расчет параметров на основе методики определения базовой нормы расхода топлива................................................................................63

2.4.3. Приближение зависимости расхода топлива от неравномерности движения автомобилей к формуле с одной переменной..........................66

2.5. Принципы корректирования линейной нормы расхода в зависимости

от неравномерности движения автомобилей......................................................68

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ..............................70

3.1. Общая методика экспериментальных исследований..................................70

3.2. Приборное и программное обеспечение эксперимента.............................71

3.3. Организация активного эксперимента.........................................................75

3.4. Организация пассивного эксперимента.......................................................77

3.5. Оценка погрешностей измерений.................................................................78

3.6. Обработка результатов исследований..........................................................80

ГЛАВА 4. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ...............................84

4.1. Анализ результатов активного эксперимента..............................................84

4.2. Результаты эксплуатационных наблюдений................................................87

4.3. Статистический анализ уровней приспособленности различных марок

и моделей автомобилей.........................................................................................89

ГЛАВА 5. ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ.............93

5.1. Определение численных значений параметров зависимости расхода топлива от коэффициента неравномерности и уровня приспособленности автомобилей............................................................................................................93

5.2. Методика дифференцированного корректирования линейных норм расхода топлива с учетом неравномерности движения и уровня приспособленности автомобилей.........................................................................98

5.3. Корректирование линейных норм с использованием ЭВМ.....................102

5.4. Экономическая эффективность дифференцированного корректирования..................................................................................................104

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ...............................................107

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ...........................................109

ПРИЛОЖЕНИЯ...................................................................................................122

ВВЕДЕНИЕ

Переход к рыночным отношениям резко обостряет проблему экономного расходования ресурсов при эксплуатации автомобилей и, особенно, топлива, затраты на которое достигают 20% и более от себестоимости перевозок. Учитывая вышесказанное, а также сложившуюся обстановку с добычей нефти и динамикой роста цен на бензин и дизельное топливо, проблема экономии топлива при эксплуатации автомобилей приобретает все более важное значение.

Одним из основных путей экономии топлива при эксплуатации автомобилей является применение научно обоснованных, объективных норм его расхода. Точное определение величины этих норм невозможно без учета условий эксплуатации на маршруте. В то же время многообразие факторов условий эксплуатации и значительные интервалы варьирования этих факторов снижают точность нормирования. Таким образом, расчетные методы определения линейных норм расхода топлива должны учитывать влияние значимых факторов на величину расхода топлива. В силу отличительных особенностей автомобильного транспорта, значительной областью его применения являются внутригородские перевозки. В этих условиях расход топлива существенно выше, чем на магистрали. Это связано с частыми разгонами и торможениями, вызывающими дополнительные затраты энергии. Однако, режимы движения автомобилей существующая система нормирования линейного расхода топлива учитывает с помощью постоянных корректирующих коэффициентов. Эти коэффициенты в действующей методике нормирования приняты одинаковыми для автомобилей различных марок и моделей и не учитывают разного уровня их приспособленности к этим условиям. При этом отсутствует общепринятый показатель для объективной оценка неравномерности движения при эксплуатации автомобилей. Очевидно, что средняя техническая скорость является необходимой, но не достаточной характе-

ристикой режима движения. Вместе с тем, в настоящее время при эксплуатации автомобилей применяется дифференцированное корректирование норм и нормативов, что обеспечивает экономное расходование ресурсов. Однако, использование этого подхода для учета неравномерности движения требует соответствующего научного обоснования и разработки методики дифференцированного корректирования линейных норм расхода топлива с учетом неравномерности движения автомобилей, что является актуальной научно-практической задачей.

Данная работа выполнена в соответствии с Федеральной целевой программой "Энергосбережение России".

Целью работы является повышение эффективности использования топлива путем дифференцированного корректирования линейных норм на основе установления закономерности изменения его расхода в зависимости от неравномерности движения и уровня приспособленности автомобилей.

Научная новизна. Впервые установлен интегральный показатель неравномерности движения автомобиля на маршруте. Получена закономерность влияния неравномерности движения автомобиля на расход топлива. Доказана необходимость дифференцированного корректирования линейных норм расхода топлива с учетом различной приспособленности автомобилей к неравномерности движения по расходу топлива. Предложен метод определения уровня приспособленности для новых марок и моделей автомобилей на основе действующей методики определения базовых норм расхода топлива и показателей расхода топлива по ГОСТ 20306-90 с учетом полученной закономерности. На основе полученной закономерности разработана методика дифференцированного корректирования линейных норм расхода топлива.

Практическая ценность. Разработаны алгоритмы и программы дифференцированного корректирования линейных норм расхода топлива с использованием ПЭВМ. Использование разработанной методики корректирования

линейных норм в зависимости от неравномерности движения с учетом приспособленности автомобилей к неравномерности движения по расходу топлива обеспечивает его экономию при работе автомобилей на линии от 2 % до 6%.

Реализация работы. Полученные результаты, методики и разработанные программы внедрены в Тюменском предприятии технологического транспорта и спецтехники №3 ОАО «Сургутгазпром» и используются в учебном процессе Тюменского государственного нефтегазового университета по курсам "Современные информационные технологии" и "Повышение эффективности использования автомобильного транспорта".

Апробация работы. Основные результаты исследований доложены, обсуждены и одобрены на международных научно-технических конференциях "Повышение эффективности проектирования, испытаний и эксплуатации двигателей, автомобилей, вездеходных, специальных строительных и дорожных машин" (г. Нижний Новгород, 1994 г.); "Нефть и газ Западной Сибири" (г. Тюмень, 1996 г.); "Повышение эффективности проектирования, испытаний и эксплуатации двигателей, колесных машин в суровых условиях" (г. Тюмень, 1997 г); на заседаниях кафедры "Эксплуатация автомобильного транспорта" ТюмГНГУ (1995, 1996, 1997, 1998 и 1999 гг.).

Публикации. По результатам исследования опубликовано 11 печатных работ.

Объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, выводов, списка литературы (118 наименований) и 6 приложений. Работа содержит 108 страниц основного текста, 19 таблиц, 12 иллюстраций.

На защиту выносятся. Интегральный показатель неравномерности движения автомобиля; закономерность влияния неравномерности движения автомобиля на линейный расход топлива; численные значения параметров математической модели, описывающей полученную закономерность; метод аналитического определения параметров математической модели для авто-

мобилей новых марок и моделей; методика дифференцированного корректирования линейных норм расхода.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА

1.1. Основные факторы, влияющие на расход топлива при эксплуатации

автомобилей

С момента появления нового научного направления «Теория автомобиля» и до настоящего времени повышение топливной экономичности автотранспортных средств является важнейшим направлением прикладных исследований. Ему посвящены работы ведущих отечественных вузов НИИАТ, МАДИ, КАДИ, ХАДИ, СибАДИ, ИрГТУ и ряда других организаций, предприятий и учреждений. За это время установлены основные факторы, определяющие расход топлива при эксплуатации автомобилей.

A.A. Токарев и А.Г. Шмидт [88] выделяют из совокупности конструктивных, эксплуатационно-технических, дорожных, сезонно-климатических и иных контролируемых факторов следующие 8 основных факторов, наиболее существенно влияющих на эксплуатационный расход топлива:

• полная масса автомобиля, т;

• базовый расход топлива, л/100 км;

• средневзвешенный коэффициент сопротивления дороги (безразмерная величина);

2 2

• фактор обтекаемости воздуха, Не /м ;

• средняя скорость движения, км/ч;

• температура окружающей среды, К;

• высота над уровнем моря, м;

• сложность маршрута (безразмерная величина).

Ежегодно проводимыми исследовательской лабораторией Великобритании обследованиями [50] установлено влияние на величину расхода топ-

лива 17 различных факторов, характеризующих скоростной режим автомобиля. Общее количество факторов, определяющих топливную экономичность, значительно выше. В связи с многообразием факторов, влияющих на эксплуатационный расход топлива автомобилем, их обычно объединяют в группы по каким-либо признакам. Например, проф. И.М. Головных [22] выделяет дорожные условия, дорожную обстановку, транспортные условия, природно-климатические условия, эксплуатационно-технические (влияние водителя, техническое состояние автомобилей и др.) условия.

Принято разделять так называемые субъективные или регулируемые факторы и объективные (не поддающиеся регулированию). C.B. Абрамов [1, с. 26] относит к субъективным или управляемым факторам, влияющим на расход топлива маршрутного автобуса: квалификацию водителя, техническое состояние автомобиля, качество расписания. Он указывает, что при нормировании не должны учитываться субъективные факторы, иначе будет снижено влияние величины нормы на их совершенствование. Поэтому управляемые факторы он относит к числу «фоновых».

К показателям, определяющим обстановку движения, относят [67] : интенсивность движения, состав движения, способ регулирования движения, число пересечений в одном уровне, частоту расположения перекрестков, наличие пешеходов и велосипедистов, наличие стоящих транспортных средств.

Степень влияния различных факторов на расход топлива не одинакова. A.M. Шейниным [99] отмечено, что при городском режиме движения основная доля топлива (72-79 %) затрачивается на тепловые потери в двигателе, 8-14 % идет на преодоление механических потерь, 6-7 % - на преодоление инерционного сопротивления разгону автомобиля, 3-4 % - на преодоление сопротивления качению шин и лишь 1,5-2 % связаны с потерями в трансмиссии и столько же с аэродинамическим сопротивлением. Из указанных соотношений можно сделать вывод о превалировании влияния сопро-

тивления разгону по сравнению с другими внешними силами, действующими на автомобиль.

Таким образом, неравномерность движения относится к числу объективных факторов, влияние которых на топливную экономичность автомобиля значительно и особенно ощутимо в городских условиях движения, когда скорости движения относительно невысоки.

1.2. Влияние режима движения автомобилей на их топливную

экономичность

Изучению взаимосвязи режима движения автомобиля и его топливной экономичности посвящены работы Е.А.Чудакова, Н.Р. Бриллинга, Д.А. Рубца, Б.С. Фалькевича, H.A. Яковлева, Н.Х. Дьяченко, М.И. Лурье и других.

Большинство исследователей выделяют городской и магистральный режимы работы автомобилей. Согласно ГОСТ 20306-90 «Топливная экономичность автотранспортных средств. Методы определения», установлены такие измерители расхода топлива, как расход топлива по городскому циклу и расход топлива по магистральному циклу [24].

По данным A.A. Гаврилова [17], продолжительность наиболее характерных режимов работы автомобилей и автобусов в зависимости от общего баланса их пребывания на линии, а также соответствующий им расход топлива составили (см. табл. 1.1).

В городских условиях продолжительность работы автомобиля на неустановившихся режимах достигает 67 % [19]. В час пик доля режимов разгона дополнительно увеличивается на 10-20 % [19]. На долю режимов разгона падает 45-51 % общего количества потребляемого топлива.

Таблица 1.1

Продолжительность отдельных режимов работы автомобиля и их влияние на

расход топлива

Режим работы Продолжительность работы, % Расход топлива, %

Легковые Грузовые Автобусы Грузовые Автобусы

Холостой ход 22 17 29 10...14 15...16

Ускорение 37 42 38 45...51 42...44

Постоянная скорость 12 16 9 20...23 32...34

Замедление 29 25 24 8...12 7...8

Таблица 1.2

Влияние параметров разгона на расход топлива

Величина ускорения в процессе разгона до скорости 60 км/ч, м/с Частота вращения коленчатого вала, об/мин Расход топлива за разгон, см

0,9 450 240

1,4 385 210

1,75 320 220

Во время разгона расход топлива в 1,35-1,45 раза больше, чем при равномерном движении автомобиля на этом же участке. Расход топлива при разгоне, прежде всего, зависит от средней величины ускорения автомобиля, производительности ускорительного насоса, частоты и качества приемов переключения передач, а также от суммарного числа оборотов коленчатого вала, приходящихся на единицу пути. В таблице 1.2 представ-

лены параметры разгона автомобиля КамАЗ с различной полезной нагрузкой (результаты получены Р.Г. Тедорадзе) [84].

Одним из направлений исследований является разработка мероприятий по снижению расхода топлива улучшением режима движения автотранспортных средств за счет совершенствования организации дорожного движения, уменьшения его неравномерности и повышения средней скорости движения.

Снизить неравномерность движения можно правильным формированием однородности транспортного потока, сокращением числа остановок перед светофорами и перекрестками, а также использованием водителем менее напряженных объездных магистралей [19].

Влияние количества остановок на расход топлива может быть показано на примере испытания автомобиля на участке протяженностью 4 км (см табл. 1.3).

Таблица 1.3

Влияние количества остановок на участке на расход топлива

Количество остановок на участке 0 1 4 8 12

Относительное изменение расхода топлива, % 100 103...105 112...115 122... 125 128...132

Согласно данным С.8. Рарасо81аБ [116], зависимость удельного расхода топлива от удельного количества остановок (на единицу пробега) имеет вид квадратичной функции, а график этой зависим�