автореферат диссертации по транспорту, 05.22.10, диссертация на тему:Методические основы оценки топливной экономичности дизельных автобусов Икарус-280, оснащенных нейтрализаторами отработавших газов в эксплуатации

МОСКОВСКИЙ АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ ИНСТИТУТ

(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

2 3 ДВГ 1333

МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОЦЕНКИ ТОПЛИВНОЙ ЭКОНОМИЧНОСТИ ДИЗЕЛЬНЫХ АВТОБУСОВ ЖАРУС-280, ОСНАЩЕННЫХ НЕЙТРАЛИЗАТОРАМИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ В ЭКСПЛУАТАЦИИ

Специальность 05.22.10 - Эксплуатация автомобильного

транспорта

Автореферат на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1999

Работа выполнена на кафедре 11РАДМ Московского государственного автомобильно-дорожного института (технического университета).

Научный руководитель - кандидат технических наук,

профессор Акмаев К.Х.

Научный консультант - кандидат технических наук,

доцент Максимов В.А.

Офицальные оппоненты

-доктор технических наук, профессор Корчагин В.А. - кандидат технических наук Бирюков С.П.

Ведущая организация - ГП «Мострансавто»

Зашита состоится Д//" Ц(-С/-£с-Р 1999 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета К 053.30/09 ВАК России при Московском государственном автомобильно-дорожном институте (техническом университете) по адресу: 125829, ГСП-47, Москва, А-319, Ленинградский проспект, 64, ауд. 42.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах с подписью, заверенной печатью организации, просим направлять в адрес диссертационного совета.

Автореферат разослан "_"_ 1999 г.

Телефон для справок 155-03-28.

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор технических наук, профессор Власов В.М.

Общая характеристика работы

Актуальность работы Автомобильный транспорт приобретает все более возрастающее значение в социально-экономическом развитии РФ. Ежегодно растет протяженность автомобильных дорог, более 1 миллиона человек получают водительские удостоверения, увеличивается автомобильный парк. На долю автомобильного транспорта приходится более 2/3 всех перевозок в стране.

В тоже время автомобильный транспорт является энергоемким -потребляет 68% бензина и 16% дизельного топлива, выделяя при этом от 70 до 90 % вредных веществ в крупных и средних городах..

По прогнозам специалистов при сохранении сложившихся тенденций объем загрязнения окружающей среды города от автомобильного транспорта может увеличиться к 2000 г. по сравнению с 1997 г. в 1.4-1.5 раза, а к 2005 г. - более чем в 2.5 раза.

Одним из направлений снижения вредных веществ в выбросах автотранспортных средств и достижения предельно допустимых концентраций (ПДК) является использование на автотранспортных средствах каталитической очистки выхлопных газов, т.е. применение нейтрализаторов, которые с середины 70-х годов получили широкое распространение за рубежом.

Нейтрализатор - это керамический блок с множдеством продольных каналов, площадь отверстий которых 1 мм2 и толщина стенки 0.1-0.5 мм. На внутреннюю поверхность этих сот-трубок напылен слой платины и родия, всего 3-5 г. Проходя вдоль ячеек катализатора, выхлопные газы при высокой температуре подвергаются нейтрализации и превращаются в безопасные двуокись углерода, водяной пар и азот. Есть и более сложные конструкции.

В России в настоящее время разработаны и апробированы нейтрализаторы ОГ для легковых, грузовых автомобилей и автобусов. Лидером в этой области является Волжский автомобильный завод. Что же

касается разработок для грузовых автомобилей, на долю которых приходится более 50 % всех вредных выбросов, городских автобусов, то в этом плане активно ведутся разработки нейтрализаторов специалистами НАМИ и других научно-исследовательских институтов, работающих в области катализа и охраны окружающей среды.

Отличаясь конструктивно от штатного глушителя, нейтрализатор позволяет снизить выбросы вредных веществ на 50-90 % по таким компонентам, как окись углерода, углеводороды, окислы азота и сажа, но как правило создает дополнительное сопротивление на пути выхода отработавших газов, увеличивая при этом расход топлива на 10-20%.

В связи с вышеизложенным, актуальными являются исследования, связанные с оценкой топливной экономичности автобусов Икарус-280, оснащенных нейтрализаторами отработавших газов, в эксплуатации.

Автобусные перевозки занимают ведущее место в транспортной системе городов, объемы перевозок автобусным транспортом на протяжении ряда лет остаются стабильными. В г. Москве объем перевозок автобусами составляет 28,5% от объема перевозок всеми видами городского пассажирского транспорта, включая метрополитен. При этом 46,6% автобусов, обслуживающих городские маршруты приходится на Икарус-280, оснащаемые нейтрализаторами отработавших газов.

Целью работы является повышение эффективности технической эксплуатации городских автобусов Икарус-280, оснащенных нейтрализаторами отработавших газов, путем обеспечения рационального нормирования расхода топлива в эксплуатации.

Объектом исследования является подсистема технической эксплуатации автобусов городских пассажирских автотранспортных предприятий.

Научная новизна работы характеризуется:

в использованием программно-целевого подхода при решении задач по повышению эффективности технической эксплуатации городских автобусов;

• методическим подходом к определению маршрутных норм расхода топлива городскими автобусами Икарус-280, оснащенными нейтрализаторами отработавших газов, основанными на учете особенностей условий эксплуатации;

• построением обобщенных многофакторных математических моделей для расчета маршрутных норм расхода топлива городскими автобусами Икарус-280, оснащенными нейтрализаторами отработавших газов.

Практическая ценность заключается в разработке методики расчета линейных норм расхода топлива для Икарус-280, оснащенных нейтрализаторами отработавших газов, в эксплуатации и практических рекомендаций по снижению расхода топлива автобусами Икарус-280, оснащенных НОГ, в эксплуатации.

Реализация результатов работы. Разработанная "Методика ..." и основные результаты исследований приняты к использованию в ГК "Мосгортранс" и в учебном процессе для студентов специальности «Автомобили и автомобильное хозяйство».

Апробация работы. Основные результаты исследований доложены, обсуждены и одобрены на 56 и 57-ой научно-методических и научно-исследовательских конференциях МАДИ(ТУ) (1998-1999 г.), 3-ей Международной научно-технической конференции «Решение экологических проблем в автотранспортном комплексе» МАДИ (ТУ) 1999г., конференции Юго-Восточного административного округа г. Москвы «Автотранспортный комплекс и экологическая безопасность» 1999г.

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликованы 2 печатные работы.

На защиту выносятся:

• методический подход к определению маршрутных норм расхода топлива городскими автобусами Икарус-280, оснащенными нейтрализаторами отработавших газов, основанными на учете особенностей условий эксплуатации;

• однофакторные математические модели для расчета маршрутных норм расхода топлива городскими автобусами Икарус-280, оснащенными нейтрализаторами отработавших газов;

• многофакторные математические модели для расчета маршрутных норм расхода топлива городскими автобусами Икарус-280, оснащенными нейтрализаторами отработавших газов;

• методика расчета линейных норм расхода топлива для Икарус-280, оснащенных нейтрализаторами отработавших газов, в эксплуатации.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, и содержит 155 страниц машинописного текста, 22 таблицы, 26 рисунков, списка литературы из 73 наименований и 2 приложений.

Содержание работы.

Во введении показаны актуальность и цель исследования, раскрываются научная новизна и практическая ценность работы, дается общая характеристика работы, сведения о результатах ее апробации, внедрении и основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе дается характеристика особенностей эксплуатации городских маршрутных автобусов и состояние автобусного парка России и г Москвы, на долю которого приходится 28,5% объема перевозок пассажиров (рис.1).

Процессы, происходящие в работе пассажирского транспорта г.Москвы в целом сходны с процессами, происходящими в аналогичных транспортных системах других городов, как в России, так и за ее пределами.

□ автобусы 44,4% О метро

□ троллейбусы

□ трамвай

Рис. 1. Распределение объема перевозок пассажиров по видам городского транспорта, %

Возмещение разницы между затратами пассажирского предприятия и доходами, полученными от перевозки пассажиров производится за счет средств городского бюджета. Убыточность городских перевозок в г.Москве в 1996 году составила 44,2%.

Одно из направлений сокращения затрат на эксплуатацию городских автобусов связано с индивидуальным нормированием расхода топлива в эксплуатации и совершенствованием этого нормирования. Поэтому в первой главе представлен также анализ методов оценки топливной экономичности в эксплуатации.

Предварительные исследования позволили сделать следующие выводы:

1. Автобусные перевозки играют существенное значение для обеспечения жизнедеятельности в Российской Федерации и в г. Москве, где на их долю приходится 28.5 % городских пассажирских перевозок. При этом необходимо учитывать, что сложившаяся тенденция сохраниться и в будущем.

2. Оказывая позитивное влияние на деятельность людей и общество: автобусы воздействуют и негативно, потребляя материально-технические ресурсы, топливо и загрязняют окружающую среду. Установлено, что автобусами потребляется около 7 % топлива нефтяного происхождения из

всех потребностей автотранспортного комплекса России, выбрасывается в атмосферу 5-8 % вредных веществ (в крупных городах 10-15 %).

3. Одним из основных направлений снижения вредного воздействия автобусов на окружающую среду является установка нейтрализаторов отработавших газов, которая позволяет снизить выбросы вредных веществ на 50-90 % по таким компонентам, как окись углерода, углеводороды, окислы азота и сажа.

4. Применение нейтрализаторов и их установка в систему выпуска отработавших газов автобусов, создает в ней повышенное сопротивление выходу отработавших газов, иногда превышающее сопротивление со штатным глушителем в 1.5-3.0 и более раз. Это ухудшает процессы смесеобразования и сгорания в двигателе, и как следствие этого, ухудшаются динамические характеристики автобуса и повышаются линейные расходы топлива. По предварительным оценкам специалистов расход топлива при применении нейтрализаторов на дизельном автобусе увеличивается на (10-20)%.

В связи с изложенным, целью настоящего исследования является повышение эффективности технической эксплуатации городских автобусов Икарус-280, оснащенных нейтрализаторами отработавших газов, путем обеспечения рационального нормирования расхода топлива в эксплуатации.

Для обеспечения поставленной цели решаются следующие задачи:

1. Анализируются методы нормирования расхода топлива и оценки топливной экономичности в эксплуатации.

2. Исследуется топливная экономичность дизельных автобусов Икарус-280, оснащенных нейтрализаторами отработавших газов, в эксплуатации и выбираются основные факторы, определяющие маршрутную эксплуатационную норму расхода топлива для них.

3. Разрабатываются математические модели, позволяющие определить маршрутную эксплуатационную норму расхода топлива для автобуса Икарус-280, оснащенного нейтрализаторами отработавших газов.

4. Разрабатывается, методика, позволяющие определить маршрутную эксплуатационную норму расхода топлива для автобуса Икарус-280, оснащенного нейтрализаторами отработавших газов.

5. Разрабатываются практические рекомендации по снижению расхода топлива для автобуса Икарус-280, оснащенного нейтрализаторами отработавших газов, в эксплуатации.

Общая методика исследований представлена на рис.2.

Во второй главе рассмотрен системный подход как метод научного исследования топливной экономичности. Установлено, что качестве системы при оценке топливной экономичности автобусов Икарус-280, оснащенных НОГ, в эксплуатации целесообразно рассматривать систему «автомобиль-водитель-дорога». Исходной базой для выбора и классификации факторов следует рассматривать дерево целей и систем технической эксплуатации, разработанные под руководством и непосредственном участии профессора Е.С.Кузнецова.

Анализ рассмотренных литературных источников показал, что топливную экономичность автомобилей и автобусов характеризуют ряд факторов технического, технологического и организационного плана

НМ = Г(ХЬХ2,...,ХП), (1)

где Нм - маршрутная норма расхода топлива автобусов Икарус-280, оснащенных НОГ, л/100 км;

X, (¡=1,2, ..., п) - факторы, влияющие на величину маршрутной нормы расхода топлива автобусов Икарус-280, оснащенных НОГ.

Анализ состояния вопроса

л

Цель и задачи исследования

Теоретические исследования

Рабочая гипотеза

Системный подход при исследовании топливной экономичности

Выбор математического аппарата

Выбор основных факторов, влияющих на топливную экономичность автобусов Икарус-280 с НОГ в

Экспериментальные исследования

Результаты теоретических и экспериментальных исследований

Однофакторные модели линейных норм расхода топлива Икарус-280, оснащенных НОГ

Многофакторная модель линейных норм расхода топлива Икарус-280, оснащенных НОГ

Общая методика эксперимента

Частные методики эксперимента

Прибо рное обесп ечени е

иссле дован ий

Методика оценки ТЭ статистическими методами

Методика оценки ТЭ на подконтрольном маршруте

Методика оценки ТЭ на стенде с беговыми барабанами

Методика анализа и обработки результатов

Методика расчета линейных норм расхода топлива для Икарус-280, оснащенных НОГ, в эксплуатации

Практические рекомендации по снижению расхода топлива автобусами Икарус-280, оснащенных НОГ, в эксплуатации

Рис. 2. Общая методика экспериментальных исследований

При этом факторы могут быть как простыми, так и сложными, управляемыми, частично управляемыми и учитываемыми, зависимыми и независимыми.

В условиях рыночных отношений, когда возрастает роль и ответственность в принятии решений на уровне автотранспортного предприятия и, в частности, в вопросах нормирования расхода топлива и определения топливной экономичности автобусов в эксплуатации, особую значимость приобретает классификация факторов на управляемые ( - ), частично управляемые ( ± ) и учитываемые ( - ) на различных уровнях организации (табл.1).

Из всего многообразия факторов Xi условий эксплуатации были выбраны следующие факторы, определяющие условия эксплуатации на маршруте движения городского автобуса и влияющие на маршрутные нормы расхода топлива:

Х1 - удельное количество технологических остановок на маршруте, шт/км;

Х2 - удельное количество светофоров на маршруте, шт/км;

Хз - удельное количество поворотов на маршруте, шт/км;

Х4 - плотность транспортного потока, авт/100 м;

Х5 - среднее расстояние между остановками, км;

Хб - коэффициент использования пассажировместимости;

Х7 - эксплуатационная скорость или скорость сообщения, км/ч.

Все перечисленные параметры автобусного маршрута, используемые при расчетах, могут быть определены по данным, которые имеются в отделе эксплуатации парков или по результатам обследования маршрутной сети городских автобусов.

Таблица 1

Классификация факторов, определяющих топливную экономичность на различных уровнях организации_

Наименование факторов Степень управляемости факторов на различных уровнях организации

Федеральный Завода-изготовителя Abi отранспортног о предприятия (объединения)

Подвижной состав, в т.ч - + +

Возрастная структура - - ±

Водитель - - -

Производственно-техническая база - - -

Система и организация ТО и ТР автобусов

Природно- климатические условия + +

Маршрут движения - - +

Интенсивность эксплуатации автобусов ±

В основе теоретической оценки топливной экономичности автобуса Икарус-280, оснащенного НОГ, в эксплуатации лежит экспериментально-статистический подход по методу «черного» ящика (рис.3), идея которого сводится к следующему:

1) автобус йкарус-280, оснащенный НОГ и обслуживающий конкретный городской маршрут, рассматривается как отдельная система, имеющая внешнюю среду;

2) внешняя среда воздействует на систему через входы

Х={ХЬ Х2,...,Х„}; (2)

3) система воздействует на внешнюю среду через выходы

У = {УьУ2,...,Уп}; (3)

4) внутреннее состояние системы характеризуется параметрами

в = {в!, в2.....вк}. (4)

В определенный момент времени состояния выходов определяются состояниями входов и внутренним состоянием системы:

У^СХ^). (5)

При этом может иметь место или корреляционная, или регрессионная связи. Корреляционная связь возникает в том случае, когда случайному значению входа соответствует случайное значение выхода. Регрессионная связь наблюдается тогда, когда неслучайному значению входа соответствует случайное значение выхода.

Экспериментально-статистический подход позволяет установить вид зависимости и форму связи, определить коэффициенты модели и при необходимости найти экстремальные

Исследование топливной экономичности автобуса Икарус-280, оснащенного НОГ, в эксплуатации

Рис. 3. Блок-схема теоретической оценки топливной экономичности автобуса Икарус-280, оснащенного НОГ, в эксплуатации

значения без построения модели.

Вид зависимости (модели) определяется простым перебором. Подбор начинается с линейных моделей регрессионного типа. Адекватность

модели оценивается по коэффициенту детерминации. Преимущество отводится модели с наибольшим значением коэффициента детерминации.

Вид связи определяется корреляционным анализом. Значимость линейной связи определяется значением коэффициента корреляции, которое должно быть больше его критического значения. Форма связи определяется знаком «+» или «-». Знак «+» говорит о наличии прямой связи. Знак «-» свидетельствует о наличии обратной связи.

В третьей главе представлены общая и частные методики проведения экспериментальных исследований, включающие в себя три этапа:

первый - исследование проблемы топливной экономичности автобусов Икарус-280, оснащенных нейтрализаторами отработавших газов, в эксплуатации;

второй - сбор исходных данных для построения однофакторных и многофакторных моделей линейного расхода топлива автобусов Икарус-280, оснащенных нейтрализаторами отработавших газов, в эксплуатации;

третий - формирование и оценка методов повышения топливной экономичности автобусов Икарус-280, оснащенных нейтрализаторами отработавших газов, в эксплуатации.

Объем выборки для получения достоверных результатов определялся по стандартным методикам и составлял 288 ед. (не менее 10 автобусов на одном маршруте) в условиях Филевского автобусно-троллейбусного парка, 11 и 17 автобусных парков ГК «Мосгортранс» в течение 3-х летнего периода.

При построении математических моделей, формирующих маршрутные нормы расхода топлива городских автобусов Икарус-280, оснащенных НОГ, в эксплуатации были решены следующие задачи: предварительный выбор и классификация факторов; сбор и анализ статистического материала по выбранным факторам;

отбор наиболее значимых факторов;

построение регрессионных математических однофакторных и многофакторных моделей;

определение влияния выбранных факторов на величину маршрутных норм расхода топлива городских автобусов Икарус-280, оснащенных НОГ, в эксплуатации.

Учитывая результаты теоретических исследований, опыт научно-практических работ в области ТЭА в качестве критериев были приняты маршрутные нормы расхода топлива городских автобусов Икарус-280, оснащенных НОГ, в эксплуатации.

Предварительный выбор и классификация факторов, влияющих на них проводились на основе:

методических принципов программно-целевого подхода; дерева целей и дерева систем технической эксплуатации автомобилей;

анализа выполненных исследований по оценке влияния различных факторов на расход топлива.

Анализ статистического материала, используемого при построении математических моделей включал в себя проверку: однородности наблюдений; случайности и независимости наблюдений; вида связи между исходными признаками и переменной; нормальности распределения.

При разработке практических рекомендаций по снижению расхода топлива автобусами Икарус-280, оснащенных НОГ, в эксплуатации использовался экспертный опрос. При этом мероприятия, снижающие расход топлива городскими автобусами в эксплуатации, оценивались по следующему критерию:

kaij * toy + key * coy + ktij * юу = k > max , (6)

где Юу - коэффициент веса ¡-го мероприятия;

ка^, ксц, -Му - коэффициенты относительной важности степени влияния на достижение поставленной цели, экономичности мероприятия и времени его реализации соответственно.

В четвертой главе приведены обобщенные результаты теоретических и экспериментальных исследований.

Анализ результатов испытаний показал, что сопротивление отработавших газов, создаваемое нейтрализатором с «нулевым пробегом», меньше сопротивления штатного глушителя на 36-43%. В частности, на режиме минимальных оборотов холостого хода - на 36 %, при скорости 20 км/ч - на 37 %, при скорости 40 км/ч - на 43 % и при скорости 60 км/ч - на 39 %.

Установлено также, что при увеличении скоростного режима, интенсивность изменения сопротивления отработавшим газам от нейтрализатора выше интенсивности изменения сопротивления отработавших газов, создаваемого штатным глушителем. Причем разница в сопротивлениях, создаваемых штатным глушителем и нейтрализатором снижается до 25-30%.

Графическая интерпретация результатов представлена на рис.4 и 5.

При скорости 20 км/час топливная экономичность автобуса Икарус-280, оснащенного нейтрализатором отработавших газов, лучше на 37% по сравнению со штатным глушителем (рис.6.).

С увеличением скоростного режима данное преимущество теряется. В частности, при скорости 40 км/час топливная экономичность автобуса Икарус-280, оснащенного нейтрализатором отработавших газов лучше на 20 % по сравнению со штатным глушителем. При скорости же 60 км/час расход топлива у автобуса Икарус-280, оснащенного штатным глушителем и нейтрализатором становится одинаковым.

Рис. 4. Сопротивление на выходе ОГ при использовании на автобусе Икарус-280 штатного глушителя и нейтрализатора НД59-14-00000 на минимальных оборотах холостого хода

При увеличении нагрузки до 20-25 %, начиная со скорости 40 км/час и выше расход топлива у автобуса Икарус-280, оснащенного нейтрализатором становится выше на 5-15 % по сравнению с автобусом, оснащенным штатным глушителем.

=1 О

40 СКОРОСТЬ , КМ/Ч

20

Рис.5. Сопротивление на выпуске отработавших газов штатного глушителя и применяемого нейтрализатора (без нагрузки)

____20 _ 40 60

в Глушитель Скорость, КМ/Ч

ШНейтрализатор

Рис.6.Зависимость расхода топлива автобуса Икарус-280 на беговых барабанах от скорости (без нагрузки)

По имеющимся стандартным программам (Mathcad 6.0 PLUS, Mat Lab v. 5.0) с помощью ПЭВМ, на базе экспериментального материала, была получена зависимость маршрутного расхода топлива автобусами Икарус-280, оснащенными НОГ, в эксплуатации:

У = 35,7 + 1,95*Р + 2,61*N + 6,74* У , (7)

где У - маршрутная норма расхода дизельного топлива, л/100 км; Р - плотность транспортного потока, авт./100 м; N-удельное количество остановок на трассе маршрута, ед./км;

У - коэффициент использования пассажировместимости. Удельное количество остановок на трассе маршрута определяется по формуле:

N = пго + 0.5 (псв + ппср), (8)

где пто - удельное количество технологических остановок, шт./км;

псв - удельное количество светофоров, шт./км;

пПер - удельное количество пересечений с главной дорогой, шт./км.

Вес факторов, оказывающих влияние на расход топлива, представлен на диаграмме (рис.7).

Рис.7. Веса факторов, влияющих на расход топлива автобусов

Икарус-280, оборудованных НОГ НД59-14-00000: 1 - плотность транспортного потока, 2 - удельное количества остановок, 3 -коэффициент использования пассажировместимости

Экспериментально подтверждена значимость выбранных факторов, определяющих расход топлива у автобусов Икарус-280, оборудованных нейтр&тизатором модели НД59-14-00000. Так, при совместном рассмотрении значимых факторов, весовой вклад удельного количества остановок на трассе маршрута составляет в формировании расхода топлива 44%, плотность же транспортного потока - 40% и коэффициент использования пассажировместимости 16%.

При совместном рассмотрении влияния только двух факторов, в частности, удельного количества остановок на маршруте и плотности транспортного потока на расход топлива установлено что наибольшее воздействие, по абсолютной величине, оказывает удельное количество остановок на трассе маршрута.. Изменение их на 5% приводит к изменению функции отклика на 0,7 %. Увеличение плотности транспортного потока на 5% приводит к увеличению расхода топлива на 0,6 %. В тоже время возрастание средневзвешенного удельное количество

3 16%

2 44%

светофоров на 5 % приводит к увеличению расхода топлива на 0,2 %, при возрастании на величину стандартного отклонения - на 0,8 %.

По результатам проведенных теоретических и экспериментальных исследований на базе ГК «Мосгортранс» была разработана «Методика определения маршрутных норм расхода топлива автобусов Икарус-280, оснащенных нейтрализатором модели НД59-14-00000» (рис.8) и сформированы и оценены мероприятия по снижению расхода топлива автобусами Икарус-280, оснащенных НОГ, в эксплуатации (табл.2).

Основные результаты и выводы

1.На основе системного подхода решена научная и практическая задача по повышению топливной экономичности автобусов Икарус-280, оснащенных нейтрализаторами отработавших газов, в эксплуатации. При этом одной из характеристик топливной экономичности городского автобуса в эксплуатации может рассматриваться маршрутная норма расхода топлива (МНРТ).

2. Доказана необходимость индивидуального подхода при определении МНРТ автобуса Икарус-280, оснащенного НОГ, в эксплуатации в силу конструктивных и эксплуатационных особенностей штатного глушителя и применяемого нейтрализатора НД59-14-00000.

3. Установлено, что для получения объективной оценки топливной экономичности и разработки маршрутных норм расхода топлива автобусами Икарус-280, оснащенных нейтрализаторами отработавших газов, в эксплуатации необходимо и достаточно обработать и проанализировать информацию о работе 3-х автобусов на каждом подконтрольном маршруте. В ходе эксперимента использовалась статистическая информация по расходу топлива на маршрутах 288 автобусов в 1996 году, 725 автобусов - в 1997 году. Всего наблюдениями было охвачено 56 городских маршрутов различной степени сложности.

Рис.8. Блок-схема реализации методики разработки дифференцированных нормативов расхода топлива на определенном маршруте

Таблица 2

Перечень мероприятий по снижению расхода топлива автобусами _Икарус-280, оснащенных НОГ, в эксплуатации___

Критерии оценки Суммар

Наименование мероприятия Эконом Время Степень ная ;

ичность реализации влияния оценка

1 2 3 4 5

Качественное выполнение 0.094 0.143 0.094 0.103

рекомендаций по ТО

Применение 0.143 0.094 0.143 0.135

предупредительного ремонта

Контроль автобусов 0.048 0.048 0.048 0.048

передвыходом на линию

Повышение уровня 0.031 0.016 0.016 0.024

механизации работ по ТО и ТР.

Обеспечение надлежащего 0.064 0.032 0.032 0.048

состояния ПТБ и инструмента

Учет возраста автобусов 0.032 0.143 0.159 0.093

Учет модификации автобусов 0.016 0.071 0.079 0.046

Повышение квалификации 0.043 0.019 0.038 0.037

водителей

Совершенствование системы 0.014 0.010 0.057 0.027

материального и морального

стимулирования труда

водителей

Обеспечение стабильного 0.057 0.038 0.076 0.0060

закрепления" водителей за

автобусом

Применение бригадного 0.029 0.028 0.019 0.026

подряда

Повышение квалификации 0.119 0.024 0.016 0.089

ремонтных рабочих

Совершенствование системы 0.040 0.072 0.048 0.048

оплаты труда ремонтных рабочих

Применение бригадного 0.079 0.047 0.031 0.058

подряда

Создание резерва запасных 0.063 0.036 0.024 0.046

частей, узлов и агрегатов

Нормирование расхода 0.095 0.107 0.072 0.089

топлива

Учет расхода топлива 0.032 0.071 0.047 0.043

Подконтрольная группа автобусов, подвергшаяся инструментальному контролю, составила 27 единиц.

^Экспериментально подтверждена значимость выбранных факторов, определяющих расход топлива у автобусов Икарус-280, оборудованных нейтрализатором модели НД59-14-00000. Так, при совместном рассмотрении значимых факторов, весовой вклад удельного количества остановок на трассе маршрута составляет в формировании расхода топлива 44%, плотность же транспортного потока - 40% и коэффициент использования пассажировместимости 16%.

5.Установлено, что при совместном влиянии на расход топлива двух факторов, в частности, удельного количества остановок на маршруте и плотности транспортного потока, наибольшее воздействие по абсолютной величине оказывает удельное количество остановок на трассе маршрута. Изменение их на 5% приводит к изменению функции отклика на 0,7 %. Увеличение плотности транспортного потока на 5% приводит к увеличению расхода топлива на 0,6 %. В тоже время возрастание средневзвешенного удельное количество светофоров на 5 % приводит к увеличению расхода топлива на 0,2 %, при возрастании на величину стандартного отклонения - на 0,8 %.

6.Построены однофакторные и многофакгорные математические модели, описывающие закономерности изменения расхода топлива в зависимости от количества остановок на маршруте, плотности транспортного потока, коэффициента использования пассажировместимости. Экспериментальными исследованиями доказана адекватность построенных многофакторных математических моделей исследуемому процессу, численные значения дисперсионного отношения Фишера превышают табличные значения критерия Фишера с вероятностью 95 %.

7.Разработаны методика расчета линейных норм расхода топлива для Икарус-280, оснащенных нейтрализаторами отработавших газов, в эксплуатации и практические рекомендации по снижению расхода топлива автобусами Икарус-280, оснащенных НОГ, в эксплуатации. Их применение позволит повысить эффективность работы технической •службы автотранспортного предприятия по экономии топлива.

8.Дальнейшие исследования целесообразно проводить в направлении оценки топливной экономичности автобусов Икарус-280, оснащенных блочными нейнрализаторами отработавших газов, в эксплуатации, изучении сравнительных характеристик нейтрализаторов, способов и подходов к определению технического состояния и работоспособности нейтрализаторов в эксплуатации.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1.Эль-Сайед Халиль Хусейн, Акмаев К.Х., Конин И.В., Максимов В.А. Особенности нормирования расхода топлива автобуса Икарус-280, оснащенного НОГ, в эксплуатации //Тез. докл. 3-й Международной научно-технической конференции "Решение экологических проблем в автотранспортном комплексе", М.: МАДИ(ТУ), 1998. - С.134-135.

2.Конин И.В., Максимов В.А., Хазиев A.A., Хасан Абдулах, Эль-Сайед Халиль Хусейн. Опыт применения нейтрализаторов отработавших газов на автобусах Икарус-280. Московская городская научно-практическая конференция «Автотранспортный комплекс и экологическая безопасность». Сборник. -М.: Издательство Прима-Пресс-М», 1999. - С. 245-249.

Подписано в печать 21.О 5". 1999 г Тираж ¿00 экз. Заказ

Формат 60x84/16 тел. 151-26-35

МОСКОВСКИЙ АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ ИНСТИТУТ (ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

На правах рукописи

Эль-Сайед Халиль Хусейн

МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОЦЕНКИ ТОПЛИВНОЙ ЭКОНОМИЧНОСТИ ДИЗЕЛЬНЫХ АВТОБУСОВ ИКАРУС-280, ОСНАЩЕННЫХ НЕЙТРАЛИЗАТОРАМИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ

В ЭКСПЛУАТАЦИИ

Специальность 05.22Л 0 - Эксплуатация автомобильного

транспорта

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель -кандидат технических наук, профессор Акмаев К.Х.

Научный консультант -кандидат технических наук, доцент Максимов В.А.

Москва - 1999

ОГЛАВЛЕНИЕ

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

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ

ИССЛЕДОВАНИЯ...............*............................................. 3

1.1. Анализ состояния автобусного парка Российской Федерации и г. Москвы................................................ 8

1.2. Проблема экологической безопасности городских автобусов г. Москвы и основные пути ее решения.................................................................... 15

1.3. Анализ методов оценки топливной экономия -

ности в эксплуатации..........................................................................................18

1.4. Выбор основных факторов, влияющих на топливную экономичность дизельных автобусов в эксплуатации..........46

1.5. Выводы, цель и задачи исследования................................................48

1.6. Общая методика исследоваий.................................. 50

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ.................................. 53

2.1. Системный подход как метод научного исследования топливной экономично™....................................... 53

2.1.1. Предмет системных исследований при оценке топливной экономичности автобусов Икарус-280, оснащенных

ОГ..................................................................... 54

2.1.2. Системный подход при оценке топливной экономичности автобусов Икарус-280, оснащенных НОГ, в эксплуатации .......................................................... 56

2.2. Разработка рабочей гипотезы.................................. 57

2.2.1. ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ ТРАССЫ МАРШРУТА НА ТОПЛИВНУЮ ЭКОНОМИЧНОСТЬ АВТОБУСОВ ИКАРУС-

280, ОСНАЩЕННЫХ НОГ, В ЭКСПЛУАТАЦИИ В 5 § ЭКСПЛУАТАЦИИ............................................................

2.2.2. Влияние технического состояния и «возраста» нейтрализатора на топливную экономичность автобусов Икарус-280, оснащенных НОГ....................................... 63

2.3. Выбор математического аппарата............................. 69

2.4. Выводы по второй главе......................................... 71

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ........................ 73

3.1. Общая методика эксперимента................................. 73

3.2. Частные методики эксперимента.............................. 74

3.2.1. Методика сбора статистического материала................ 74

3.2.2. Методика определения топливной экономичности автобусов Икарус-280, оснащенных нейтрализаторами, на основе пассивного эксперимента.............................. 78

3.2.3. Методика оценки топливной экономичности на стенде

с беговыми барабанами.......................................... 82

3.2.4. Методика оценки топливной экономичности на маршруте.........................*...................................... 85

3.2.5. Методика построения и анализа математических моделей маршрутных норм расхода топлива автобусов Икарус-280, оснащенных НОГ, в эксплуатации..................................90

3.2.6. Методика экспертного опроса.................................. 99

3.3. Инструментальное обеспечение исследований.............. 106

3.4. Выводы по третьей главе........................................ 111

ГЛАВА 4. ОБОБЩЕНИЕ И ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

ИССЛЕДОВАНИЯ............................................................ j j 3

4.1. Результаты исследования противодавления нейтрализатора отработавшим газам при испытании на стенде с беговыми барабанами модели К 493............................................................ 113

4.2. Оценка топливной экономичности городских автобусов Икарус-280 оборудованных НОГ модели НД59-14-00000......................

4.3. Исследование факторов, определяющих маршрутный расход топлива автобусов Икарус 280, оснащенных нейтрализаторами отработавших газов модели НД59-14-00000............................. 116

4.3.1. Многофакторная корреляционно-регрессионная модель расхода топлива автобуса Икарус-280, оборудованного НОГ модели НД59-14-00000................................................................. 120

4.4. Методика определения маршрутных норм расхода топлива автобусов Икарус-280, оснащенных нейтрализатором модели НД59-14-00000..................................... 126

4.4.1. Основные факторы условий эксплуатации, влияющие на расход топлива городских автобусов, оборудованных нейтрализаторами ОГ............................................. 129

4.4.2. Математическая модель для расчета норм расхода топлива городских автобусов Икарус-280, оборудованных нейтрализатором НД59-14-00000.............................. 131

4.4.3. Сбор статистических исходных данных...................... 132

4.4.4. Пример расчета дифференцированных норм расхода топлива.............................................................. 133

4.5. Практических рекомендаций по снижению расхода топлива автобусами Икарус-280, оснащенных НОГ, в эксплуатации........................................................... 134

4.6. Выводы.............................................................. 136

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ....................................................138

ЛИТЕРАТУРА..................................................................................... 141

ПРИЛОЖЕНИЯ................................................................................... 150

ВВЕДЕНИЕ

Автомобильный транспорт приобретает все более возрастающее значение в социально-экономическом развитии РФ. Ежегодно растет протяженность автомобильных дорог, более 1 миллиона человек получают водительские удостоверения, увеличивается автомобильный парк. На долю автомобильного транспорта приходится более 2/3 всех перевозок в стране.

В тоже время автомобильный транспорт является энергоемким - потребляет 68% бензина и 16% дизельного топлива, выделяя при этом от 70 до 90 % вредных веществ в крупных и средних городах..

По прогнозам специалистов при сохранении сложившихся тенденций объем загрязнения окружающей среды города от автомобильного транспорта может увеличиться к 2000 г. по сравнению с 1997 г. в 1.4-1.5 раза, а к 2005 г. - более чем в 2.5 раза. ~

Одним из направлений снижения вредных веществ в выбросах автотранспортных средств и достижения предельно допустимых концентраций (ПДК) является использование на автотранспортных средствах каталитической очистки выхлопных газов, т.е. применение нейтрализаторов, которые с середины 70-х годов получили широкое распространение за рубежом.

Нейтрализатор - это керамический блок с множдеством продольных каналов, площадь отверстий которых 1 мм2 и толщина стенки 0.1-0.5 мм. На внутреннюю поверхность этих сот-трубок напылен слой платины и родия,

всего 3-5 г. Проходя вдоль ячеек катализатора, выхлопные газы при высокой температуре подвергаются нейтрализации и превращаются в безопасные двуокись углерода, водяной пар и азот. Есть и более сложные конструкции.

В России в настоящее время разработаны и апробированы нейтрализаторы ОГ для легковых, грузовых автомобилей и автобусов. Лидером в этой области является Волжский автомобильный завод. Что же касается разработок для грузовых автомобилей, на долю которых приходится более 50 % всех вредных выбросов, городских автобусов, то в этом плане активно ведутся разработки нейтрализаторов специалистами НАМИ и других научно-исследовательских институтов, работающих в области катализа и охраны окружающей среды [57].

Отличаясь конструктивно от штатного глушителя, нейтрализатор позволяет снизить выбросы вредных веществ на 50-90 % по таким компонентам, как окись углерода, углеводороды, окислы азота и сажа, но как правило создает дополнительное сопротивление на пути выхода отработавших газов, увеличивая при этом расход топлива на 10-20% [ 4 ].

В связи с вышеизложенным, актуальными являются исследования, связанные с оценкой топливной экономичности автобусов Икарус-280, оснащенных нейтрализаторами отработавших газов, в эксплуатации.

Автобусные перевозки занимают ведущее место в транспортной системе городов, объемы перевозок автобусным транспортом на протяжении

ряда лет остаются стабильными. В г. Москве объем перевозок автобусами составляет 28,5% от объема перевозок всеми видами городского пассажирского транспорта, включая метрополитен. При этом 46,6% автобусов, обслуживающих городские маршруты приходится на Икарус-280, оснащаемые нейтрализаторами отработавших газов [ 25 ].

Целью работы является повышение эффективности технической эксплуатации городских автобусов Икарус-280, оснащенных нейтрализаторами отработавших газов, путем обеспечения рационального нормирования расхода топлива в эксплуатации.

Объектом исследования является подсистема технической эксплуатации автобусов городских пассажирских автотранспортных предприятий.

Научная новизна работы характеризуется:

• использованием программно-целевого подхода при решении задач по повышению эффективности технической эксплуатации городских автобусов;

• методическим подходом к определению маршрутных норм расхода топлива городскими автобусами Икарус-280, оснащенными нейтрализаторами отработавших газов, основанными на учете особенностей условий эксплуатации;

• построением обобщенных многофакторных математических моделей для расчета маршрутных норм расхода топлива городскими автобусами Икарус-280, оснащенными нейтрализаторами отработавших газов.

Практическая ценность заключается в разработке методики расчета линейных норм расхода топлива для Икарус-280, оснащенных нейтрализаторами отработавших газов, в эксплуатации и практических рекомендаций по снижению расхода топлива автобусами Икарус-280, оснащенных НОГ, в эксплуатации.

Реализация результатов работы. Разработанная "Методика ..." и основные результаты исследований приняты к использованию в ГК "Мосгортранс" и в учебном процессе для студентов специальности «Автомобили и автомобильное хозяйство».

Апробация работы. Основные результаты исследований доложены, обсуждены и одобрены на 56 и 57-ой научно-методических и научно-исследовательских конференциях МАДИ(ТУ) (1998-1999 г.), 3-ей Международной научно-технической конференции «Решение экологических проблем в автотранспортном комплексе» МАДИ (ТУ) 1999г., конференции Юго-Восточного административного о1фуга г. Москвы «Автотранспортный комплекс и экологическая безопасность» 1999г.

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликованы 2 печатные работы.

На защиту выносятся: • методический подход к определению маршрутных норм расхода топлива городскими автобусами Икарус-280, оснащенными нейтрализаторами отработавших газов, основанными на учете особенностей условий эксплуатации;

• одно факторные математические модели для расчета маршрутных норм расхода топлива городскими автобусами Икарус-280, оснащенными нейтрализаторами отработавших газов;

• многофакторные математические модели для расчета маршрутных норм расхода топлива городскими автобусами Икарус-280, оснащенными нейтрализаторами отработавших газов;

• методика расчета линейных норм расхода топлива для Икарус-280, оснащенных нейтрализаторами отработавших газов, в эксплуатации.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, и содержит 155 страниц машинописного текста, 22 таблицы, 26 рисунков, списка литературы из 73 наименований и 2 приложений.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ

ИССЛЕДОВАНИЯ

1Л.Анализ состояния автобусного парка Российской Федерации

и г. Москвы

В 1995 г. в Российской Федерации было перевезено 39011.8 млн. пассажиров, в том числе автобусами 22599.7 млн. чел. Пассажирооборот составил 237057.2 млн. пасс.-км, в том числе автобусами 186309.7 млн. пасс.-км.

На предприятия государственной формы собственности приходится 40.6 % объема пассажирооборота, муниципальной-37.3 %, частной-4.0 %, смешанной (без иностранного участия)-18.0 % и общественные организа-ции-0.1 %.

Приватизированными предприятиями осуществляется 80.6 % объема перевозок пассажиров.

Ведущее место автобусные перевозки занимают и в транспортной системе городов, обеспечивая более 60 % объема перевозок всех видов городского пассажирского транспорта (ГПТ), причем их объемы на протяжении ряда лет остаются стабильными (табл. 1.1) [ 25, 40, 50 ].

Учитывая складывающиеся соотношения в развитии пассажирских перевозок между различными видами транспорта (рис. 1.1), есть основания предполагать, что и на ближайшую перспективу автобусы будут играть основную роль в перевозках пассажиров как в городах, так и в пригородном сообщении.

Таблица 1.1

Годовые объемы перевозок пассажиров различными видами транспорта общего пользования России (млн. чел.)

Вид ГПТ 1980 1985 1990 1991 1992 1993 1994 1995

Автобус 23356 26018 28626 26512 24134 22125 23633 22600

Троллейбус 4739 5314 5726 8612 8951 14865*' 8751 8866

Трамвай 5695 5997 5640 7313 7507 13425 7644 7556

*) Примечание: данные приведены по электротранспорту в целом

11,8%

□ автобусы 44,4%

11 метро

■ троллейбусы

Штрамвай

Рис. 1.1. Распределение объема перевозок пассажиров по видам

городского транспорта, %

Перевозки автобусами в 1995 г. осуществлялись в 1286 городах и поселках городского типа России, а в 910 населенных пунктах они являлись единственным видом пассажирского сообщения. В городах без метрополитена автобус является ведущим видом ГПТ, т.к. отличается высокой маневренностью, быстротой ввода, высокими скоростями сообщения.

и

Следует предполагать, что и на ближайшую перспективу автобусы будут играть основную роль в перевозках пассажиров как в городах, так и в пригородном сообщении. Такое положение сохранится на перспективу, вследствие многих преимуществ автобуса перед другими видами наземного ГПТ.

Удельный вес государственного и муниципального автотранспорта в структуре автопарка г.Москвы представлен в табл. 1.2.

Таблица 1.2

Удельный вес государственного и муниципального автотранспорта в структуре автопарка г.Москвы

Год Количество автомобилей в г.Москве, ед. Удельный вес, %

Государственных и муниципальных Всего

1993 166537 1301137 12,8

1994 170542 1549183 и,о

1995 175039 1804646 9,7

На 1.01.1996 г. государственные и муниципальные автобусы составляют 51,6% общего количества автобусов (табл. 1.3). Следует отметить, что, начиная с 1994г., просматривается устойчивая тенденция роста парка линейных автобусов (табл. 1.4).

Обновление парка автобусов способствует улучшению его возрастных характеристик (табл. 1.5) и как следствие этого обеспечивается рост технико-экономических показателей деятельности (табл. 1.6).

Таблица 1.3

Структура и удельный вес государственных и муниципальных автомобилей г. Москвы (по состоянию на 1.01.96 г.)

№ п/п Тип автомобиля Количество автомобилей Удельный вес

Государственных и муниципальных Всего

1 Легковые 62621 1566313 4,0

2 Грузовые 90619 196062 46,2

3 Автобусы 21799 42271 51,6

4 Всего 175039 1804646 9,7

Таблица 1.4

Динамика изменения автобусного парка г.Москвы (по состоянию на 1 января каждого года)

Наименование показателя Количество автобусов, ед.

Годы 1992 1993 1994 1995 1996

Линейные автобусы 6307 5627 5767 5646 5948

Всего 25587 31477 36120 39303 42271

Несмотря на рост парка, его общее число остается недостаточным. Так, по г. Москве нехватка парка автобусов составляет более 3500 единиц. Наиболее остро это ощущается в часы "пик", когда наполнение салонов превышает нормативное и составляет иногда 10... 12 человек на квадратный метр свободной площади пола. При этом просматривается тенденция сокращения городских и муниципальных автобусов. В частности, за 1996г. численность автобусов ГК «Мосгортранс» сократилась на 132 ед., в т. ч. по

Таблица 1.5

Группировка автобусов по времени нахождения в эксплуатации (без индивидуальных и частных владельцев по состоянию на 01.01.95 г.)

Административный Автобусов В том числе находится в эксплуатации,

округ всего лет

1 2 3 4 5 6 7

до 3 3-8 8-10 10-13 св.13

Центральный 3650 918 1908 596 337 93

Северный 3917 812 1867 744 426 68

Северо-Восточный 2614 497 1390 410 174 143

Восточный 2323 475 902 431 374 141

Юго-Восточный 1784 467 936 189 103 89

Южный 2863 790 1515 275 174 109

Юго-Западный 1874 352 893 285 187 157

Западный 2451 504 1069 566 210 102

Северо-Западный 1440 331 669 248 116 76

г. Зеленоград 525 139 308 72 5 1

Итого 23441 5285 11455 3616 2106 979

% 100 22,5 48,9 15,4 9,0 4,2

автобусам ЛИАЗ-677 - на 216 ед., Лиаз-5256 - на 7 ед., Икарус-283 - на 11 ед., Икарус-263 - на 1 ед., Икарус-260 - 25 ед., Лаз-695Н - на 57 ед., Лаз-699Р

- на 72 ед. при увеличении числа автобусов ЯАЗ-5267 - на 22 ед., Икарус-280

- на 15 ед., Мерседес-Бенц - на 202 ед. В этих условиях растет транспортная усталость пассажиров. Использование подвижного состава осуществляется с огромными перегрузками, что ведет к преждевременному его износу и отказам на линии. В 1996г. потери линейного времени по ГК Мосгортранс составили в часах 3,55 % от времени в наряде, в т. ч. по техническим причи-

нам и из-за отсутствия резины - 1,91 и 0,25 процента соответственно. При этом 1,28 % составляют возвраты в парк по техническом причинам.

Таблица 1.6

Анализ использования линейных автобусов в г.Москве

Год Количество автобусных парков ед. Среднесписочное число автобусов, ед. Средний размер ПАТП, ед. Коэффициент выпуска автобусов на линию Среднесуточная продолжительность работы одного автобуса, час Среднегодовой пробег одного автобуса, тыс. км

1992 17 6713 394 0.552 12.73 47.2

1993 17 6218 365 0.497 12.31 41.8

1994 17 5767 339 0.635 12.33 51.0

1995 17 5646 332 0.677 12.32 56.1

1996 17 5533 325 0.682 12.34 55.1

На 1.01.97 г. автобусные парки г.Москвы имели следующую структуру подвижного состава по маркам: ЛиАЗ-677 - 1780 ед., ЛиАЗ-5256 - 54 ед., ЯАЗ-5267