автореферат диссертации по транспорту, 05.22.10, диссертация на тему:Приспособленность автомобилей к дорожным условиям эксплуатации по расходу топлива

005004863

НУРГАЛЕЕВ Артур Валерьевич ^

ПРИСПОСОБЛЕННОСТЬ АВТОМОБИЛЕЙ К ДОРОЖНЫМ УСЛОВИЯМ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПО РАСХОДУ ТОПЛИВА

05.22.10 — Эксплуатация автомобильного транспорта

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

- 8 ЛЕН 2011

Тюмень

— 2011

005004863

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Тюменский государственный нефтегазовый университет» (ТюмГНГУ) на кафедре «Эксплуатация автомобильного транспорта».

Научный руководитель доктор технических наук, профессор,

Заслуженный деятель науки и техники РФ Резник Леонид Григорьевич

Официальные оппоненты: Ерохов Виктор Иванович,

доктор технических наук, профессор, Московский государственный технический университет «МАМИ», профессор кафедры «Автомобильные и тракторные двигатели», Заслуженный деятель науки РФ

Ишкина Елена Геннадьевна,

кандидат технических наук, доцент, Тюменский государственный нефтегазовый университет, доцент кафедры «Сервис автомобилей и технологических машин»

Ведущая организация ФГБОУ ВПО «Сибирская государственная

автомобильно-дорожная академия (СибАДИ)», г. Омск

Защита состоится 22 декабря 2011г. в 10.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.273.04 при Тюменском государственном нефтегазовом университете по адресу: 625000, г. Тюмень, ул. Володарского, 38, зал им. А.Н. Косухина.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ТюмГНГУ.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах с подписью, заверенной печатью организации, просим направлять ученому секретарю диссертационного совета по вышеуказанному адресу, а также по электронной почте.

Автореферат разослан 22 ноября 2011 г.

Телефон для справок: (3452) 20-93-02 E-mail: d_212_273_04@tsogu.ru

Ученый секретарь диссертационного совета

Евтин П.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Современные рыночные отношения предъявляют высокие требования к эффективности использования автомобильного транспорта, который участвует в деятельности различных отраслей промышленности, а транспортные издержки включаются в стоимость готовой продукции. Снижение этих издержек, главным образом, за счет уменьшения себестоимости транспортных услуг оказывает непосредственное влияние на экономические показатели многих предприятий. Добиться повышения эффективности использования автомобильного транспорта можно за счет снижения расходов на горючесмазочные материалы, которые в отдельных случаях могут достигать 60% в структуре себестоимости транспортных услуг.

Как правило, значительное влияние на показатели топливной экономичности автомобилей оказывают условия эксплуатации, которые включают в себя различные группы воздействующих факторов, в том числе дорожные условия эксплуатации.

В этой группе условий эксплуатации одним из значимых по степени влияния на изменение расхода топлива автомобилей является такой фактор как тип и состояние дорожного покрытия. Многочисленные исследования и опыт эксплуатации показывают, что расход топлива автомобилей увеличивается на дорогах с переходным и низшим типами покрытий по сравнению с дорогами с усовершенствованными покрытиями.

По данным Росавтодора на 2010 г. протяженность сети дорог общего пользования в Российской Федерации составляла 551607,5 км, при этом на долю дорог с покрытиями переходного типа приходится 27% от общей протяженности, а на долю дорог с покрытиями низшего типа — 8 % от общей протяженности. Иными словами более одной трети дорог общего пользования приходится на дороги IV—V категории.

Как правило, для автомобилей разных марок и моделей степень изменения показателей топливной экономичности на дорогах ^-Л' категорий различна, что объясняется их конструктивными особенностями, однако, действующая в настоящее время методика нормирования расхода топлива недостаточно полно учитывает разнообразие дорожных условий эксплуатации и разнообразные конструктивные решения транспортных средств. В результате на практике нормируемое значение расхода топлива может оказаться как заниженным, так и завышенным, что негативно сказывается на эффективности использования автомобильного транспорта. Ранее для решения задач повышения эффективности использования автомобилей в различных условиях эксплуатации использовались как классическая теория автомобиля, так и получившая распространение в последнее время теория приспособленности автомобилей. Впервые о приспособленности как объективном свойстве применительно к автомобилям упоминается в работе чл.-корр. АН СССР Д.П. Великанова (1977 г.). В дальнейшем различными учеными были разработаны и

расширены основные положения теории приспособленности, которые и легли в основу данной работы. Объясняется это тем, что в предыдущих исследованиях вопросы приспособленности автомобилей к дорожным условиям эксплуатации по расходу топлива изучены недостаточно, что свидетельствует о необходимости проведения дополнительных исследований в этой области, которые позволили бы установить закономерности изменения показателей топливной экономичности автомобилей на дорогах 1У-У категории с учетом типа и состояния дорожного покрытия, степени загрузки транспортного средства и уровня приспособленности транспортных средств к этим факторам.

Цель работы — повышение эффективности использования автомобилей за счет объективного нормирования расхода топлива на основе выявления закономерностей изменения показателей топливной экономичности автотранспортных средств в зависимости от типа и состояния дорожного покрытия.

Объектом исследования является процесс изменения расхода топлива в зависимости от типа и состояния дорожного покрытия, а предметом исследования — данный процесс применительно к ряду автомобилей конкретных марок и моделей.

Методологической основой исследования является теория автомобилей, теория двигателей, пространственно-временная концепция формирования показателей качества и эффективности транспортных средств, теория вероятности, математическая статистика.

Научная новизна:

- раскрыт механизм формирования расхода топлива автомобилей в зависимости от типа и состояния дорожного покрытия, основанный на принципах пространственно-временной концепции;

- разработаны показатели состояния дорожного покрытия и степени загрузки транспортного средства, приведенные к универсальной 12-балльной шкале суровости, позволяющей учитывать совместное влияние различных по своей природе факторов условий эксплуатации;

- разработаны показатели приспособленности автомобилей к дорожному покрытию по расходу топлива, представляющие собой величину изменения расхода топлива в суровых условиях эксплуатации по сравнению со стандартными условиями;

- определено, что совместное влияние состояния дорожного покрытия и степени загрузки автомобилей на расход топлива описывается двухфакторной математической моделью приспособленности;

- установлено существенное различие в уровнях приспособленности автомобилей к изменению состояния дорожного покрытия, что свидетельствует о необходимости дифференцированного корректирования норм расхода топлива при эксплуатации автотранспортных средств на дорогах категорий.

Практическая значимость. Предложены пути практического использования результатов исследования, включая разработанную

Методику дифференцированного корректирования норм расхода топлива автомобилей, эксплуатируемых на дорогах 1У-У категории, внедрение которой дает экономический эффект в размере от 86 до 147 руб. на один автомобиле-день для автомобилей с низким уровнем приспособленности в умеренно-суровых условиях эксплуатации.

На защиту выносятся:

- механизм формирования расхода топлива автомобилей на дорогах категории на основе пространственно-временной концепции

формирования показателей качества автотранспортных средств;

- показатель состояния дорожного покрытия и показатель степени загрузки транспортных средств, приведенные к универсальной 12-балльной шкале суровости;

- параметры чувствительности автомобилей к изменению состояния дорожного покрытия, к изменению загрузки транспортного средства и к совокупному изменению состояния дорожного покрытия и степени загрузки автомобилей по расходу топлива;

- показатели приспособленности к изменению дорожного покрытия для автомобилей в снаряженном состоянии и с полной загрузкой;

-типичные интервалы суровости состояния дорожного покрытия и степени загрузки транспортных средств и типичные уровни приспособленности автомобилей к изменению дорожного покрытия;

- двухфакторная математическая модель совместного влияния состояния дорожного покрытия и степени загрузки транспортного средства на расход топлива автомобилей;

- пути практического использования результатов исследования, включая Методику дифференцированного корректирования норм расхода топлива автомобилей, учитывающую состояние дорожного покрытия, степень загрузки транспортного средства и уровень приспособленности автомобилей к этим факторам.

Апробация работы. Основные положения исследования были доложены, обсуждены и одобрены на заседаниях кафедры «Эксплуатация автомобильного транспорта» Тюменского государственного нефтегазового университета (2007 — 2011 гг.), региональной научно-практической конференции «Проблемы эксплуатации систем транспорта» (г. Тюмень, 2006 г.), Всероссийских научно-практических конференциях «Проблемы эксплуатации систем транспорта» (г. Тюмень, 2007, 2008, 2009 гг.), научно-практической конференции «Транспортный комплекс — 2008» (г.Тюмень, 2008 г.), Международной научно-технической конференции «Проблемы эксплуатации и обслуживания транспортно-технологических машин» (г. Тюмень, 2009 г.), Международной научно-практической конференции «Проблемы функционирования систем транспорта» (г.Тюмень, 2010 г.). Международной научно-технической конференции

«Нефть и газ Западной Сибири» (г. Тюмень, 2011 г.), Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Проблемы функционирования систем транспорта» (г. Тюмень, 2011 г.).

Публикации. Основные положения диссертационной работы изложены в 11 публикациях.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, списка литературы (118 наименований) и 5 приложений. Работа содержит 133 страницы текста без приложений, 24 рисунка, 20 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновываются актуальность работы, определены цель, объект и предмет исследования, раскрыта научная новизна и практическая ценность диссертационной работы, определены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе анализируются ранее выполненные исследования, посвященные определению зависимостей изменения показателей топливной экономичности автомобилей в различных дорожных условиях. Данному вопросу было посвящено большое количество работ, которые выполнялись в различных научных и учебных заведениях России и других стран, включая МАДИ, ХАДИ, ОрГУ, МАМИ, НАМИ, НИИАТ и ТюмГНГУ. В процессе анализа этих работ были сделаны следующие выводы.

Дорожные условия эксплуатации автомобилей включают в себя множество факторов, характеризуемыми различными показателями, однако одними из наиболее важных из них с точки зрения влияния на расход топлива автомобилей являются тип и состояние дорожного покрытия (Н. Я. Говорущенко, М. С. Высоцкий), которые можно охарактеризовать коэффициентом дорожного сопротивления или в частных случаях коэффициентом сопротивления качению.

В то же время до сих пор не разработано единообразной методики, которая бы позволяла определить значения коэффициента сопротивлению качению на дорогах с покрытиями различного типа. Отчасти это связано со значительным многообразием материалов, используемых при строительстве дорог I-V категорий. Каждый из этих материалов обладает своими определенными свойствами, которые так или иначе необходимо учитывать при расчете величины коэффициента сопротивления качению. Поэтому на практике зачастую используют средние значения коэффициента сопротивления качению, полученные опытным путем при испытаниях различных шин и автомобилей на дорогах с разным покрытием. Помимо этого до сих пор нет такого показателя, который бы позволил объективно оценить степень отличия фактических дорожных

условий эксплуатации от стандартных, которую в ТюмГНГУ принято характеризовать показателями суровости, позволяющими сравнивать между собой факторы условий эксплуатации, имеющими различную размерность.

Многие ученые отмечают, что между расходом топлива и коэффициентом сопротивления качению существует линейная зависимость. Зависимость расхода топлива от степени загрузки транспортного средства также можно описать линейной моделью. В то же время процесс изменения расхода топлива автомобилей при одновременном изменении состояния дорожного покрытия и степени загрузки транспортного средства остается малоизученным, тогда как выявление зависимости такого рода является необходимым условием для объективного нормирования расхода топлива.

Существующие в настоящее время методики определения расхода топлива автомобилей не учитывают уровень приспособленности автомобилей к изменению типа и состояния дорожного покрытия, в то время как многочисленные исследования показали, что автотранспортные средства, как правило, обладают различной приспособленностью к факторам условий эксплуатации.

Отсутствие показателя приспособленности автомобилей к изменению состояния дорожного покрытия является одним из препятствий на пути к объективному нормированию расхода топлива при эксплуатации автомобилей на дорогах 1У-У категорий, что в свою очередь негативно влияет на эффективность использования автомобильного транспорта.

Как правило, для определения показателей приспособленности можно использовать как экспериментальные, так и аналитические методы, причем последние являются более предпочтительными, поскольку отпадает необходимость в проведении дорогостоящих и длительных экспериментов.

Для достижения поставленной в начале работы цели на основе анализа ранее выполненных исследований были сформулированы следующие задачи исследования.

1. Раскрыть механизм формирования расхода топлива автомобилей с различной загрузкой в зависимости от типа и состояния дорожного покрытия на основе пространственно-временной концепции, учитывающей отклонение условий эксплуатации от стандартных значений и уровень приспособленности автомобилей к рассматриваемым факторам.

2. Разработать показатель состояния дорожного покрытия и показатель степени загрузки транспортного средства, приведенные к универсальной 12-балльной шкале суровости, позволяющей сравнивать между собой различные по своей природе факторы.

3. Разработать показатели, позволяющие аналитическим путем определить уровень приспособленности автомобилей к изменению дорожного покрытия по расходу топлива.

4. Получить уравнение, позволяющее аналитическим путем определить расход топлива автотранспортных средств с различной загрузкой с учетом фактического состояния дорожного покрытия и уровня приспособленности автомобилей к этому фактору.

5. Оценить уровни приспособленности автомобилей разных марок и моделей и провести их сравнительный анализ.

6. Выявить закономерности влияния типа и состояния дорожного покрытия на расход топлива автомобилей с различной загрузкой с учетом их уровня приспособленности. Проверить адекватность математических моделей и установить численные значения входящих в них параметров.

7. Оценить необходимость дифференцированного корректирования норм расхода топлива при эксплуатации автомобилей на дорогах 1У-У категории.

8. Разработать пути практического использования результатов исследования, в том числе Методику дифференцированного корректирования норм расхода топлива, учитывающую фактическое состояние дорожного покрытия, степень загрузки транспортных средств и уровень приспособленности автомобилей к рассматриваемым факторам. Оценить экономическую эффек х ивмое 1ь »л внедрения результатов исследования.

Вторая глава диссертационной работы посвящена аналитическим исследованиям.

На первом этапе была разработана общая методика исследований, объединяющая в себе как аналитические, так и экспериментальные работы.

Целевой функцией исследования является минимизация затрат на топливо при эксплуатации автомобилей на дорогах 1У-У категорий.

На следующем этапе исследования с использованием положений пространственно-временной концепции была разработана схема, отражающая механизм формирования расхода топлива автомобилей с различной загрузкой в зависимости от типа и состояния дорожного покрытия (рис. 1).

Как видно из представленного рисунка, при эксплуатации автомобилей на дорогах 1У-У категории расход топлива представляет собой совокупность различных показателей, в которую входят номинальный расход топлива, обусловленный конструктивными особенностями автомобиля и стандартными условиями эксплуатации, а также дополнительные расходы топлива, которые обусловлены изменением состояния дорожного покрытия, увеличением степени загрузки транспортного средства, приспособленностью автомобиля к изменению дорожного покрытия и степени загрузки транспортного средства. Иными словами, увеличение расхода топлива автомобиля объясняется отклонением условий эксплуатации от стандартных значений, причем степень этого увеличения зависит от уровня приспособленности транспортного средства.

Рисунок 1. Механизм формирования расхода топлива автомобилей с различной загрузкой в зависимости о г чипа и состояния дорожного покрытия

Представленную на рис. 1 схему можно описать неявной зависимостью:

б=/М,;ДГА'Л п)

где qa — номинальное значение расхода топлива;

_ показатель приспособленности автомобилей к изменению

дорожного покрытия;

_ показатель, характеризующий тип и состояние дорожного

покрытия;

£ _ показатель приспособленности автомобилей к изменению

степени загрузки транспортного средства;

У — показатель, характеризующий степень загрузки транспортного средства.

Учитывая наблюдаемые различия в значениях коэффициента сопротивления качению для разных автомобилей на дорогах одного типа, предложено характеризовать тип и состояние дорожного покрытия показателем А/, который представляет собой величину приращения коэффициента сопротивления качению на дорогах с различным покрытием и определяется по формуле:

Л/ = /,-/о> <2>

где уф _ фактическое значение коэффициента сопротивления качению;

у0 _ значение коэффициента сопротивления качению в

стандартных условиях (минимально возможное значение для данного автомобиля).

Очевидно, что в стандартных условиях (на прямой горизонтальной асфальтобетонной дороге с отсутствием неровностей) значение показателя А/будет равно нулю, тогда как в условиях, отличных от стандартных, его значение будет увеличиваться. Определить фактическое значение показателя А/ можно экспериментальным путем либо с использованием известных из теории автомобиля зависимостей. Для практических расчетов также можно воспользоваться средними значениями коэффициента сопротивления качению, полученными для различных дорог, которые представлены в специальных таблицах в научно-технической литературе.

Для возможности совместного учета различных по своей природе факторов условий эксплуатации, их сравнения и анализа необходимо, чтобы они обладали одинаковой размерностью и были приведены к единой шкале, которая, в свою очередь, должна обладать универсальностью применения. Таким критериям отвечает 12-балльная шкала суровости, разработанная и используемая в ТюмГНГУ.

С целью приведения показателя А/к универсальной шкале суровости в рамках данной работы был предложен индекс состояния дорожного покрытия значения которого изменяются от О Я до 12 Я, где Я — безразмерная единица измерения суровости (балл). Значение индекса Аг= О Я соответствует минимальной суровости рассматриваемого фактора, тогда как И{ = 12 Я — соответствует максимальной суровости.

Для того чтобы перевести значения показателя А/ в безразмерные баллы суровости, предлагается использовать следующее выражение:

_12-(д/-Д/|ШП)

(3)

где А/ — фактическое значение приращения коэффициента сопротивления качению;

А/тт — минимально возможное значение приращения коэффициента сопротивления качению;

А/тах — максимально возможное значение приращения коэффициента сопротивления качению.

Анализ ранее выполненных исследований в области определения значений коэффициента сопротивления качению на дорогах с различным покрытием показал, что значения показателя А/ изменяются в пределах от 0 до 0,344. Соответственно уравнение (3) принимает вид:

И( =34,88-А/. (4)

Для оценки суровости транспортных условий предлагается использовать индекс суровости степени загрузки транспортного средства к,, значение которого можно определить по формуле:

^=12-7, (5)

где у — коэффициент использования грузоподъемности.

В ходе дальнейших аналитических исследований было определено, что на дорогах 1У-У категорий значения индекса суровости к{ изменяются в пределах от 0,07 до 1,25 II, тогда как значения индекса суровости /гу

варьируются в диапазоне от О Я (отсутствие загрузки транспортного средства) до 12 И. (максимальная загрузка транспортного средства). Для удобства практического использования в соответствии с ранее выполненными работами в области определения суровости факторов условий эксплуатации диапазон значений индексов Ис и /гг был разделен на четыре типичных интервала суровости: умеренный, умеренно-суровый, суровый и очень суровый (табл. 1).

Таблица 1

Интервалы суровости состояния дорожного покрытия и степени загрузки транспортного средства

Наименование интервала

Умеренный

Умеренно-суровый

Суровый

Очень суровый

Диапазон изменения значений показателя Д/

0,002-0,010

0,011...0,019

0,019. ..0,027

0,028-.0,036

Диапазон изменения значений индекса И. 0,07-0,36

0,37-0,66

0,67-0,96 0,97-1,25

Диапазон изменения значений показателя у

0,01-0,25

0,26-0,50

0,51-0,75

0,76-1,0

Диапазон изменения значений индекса Я

0,12-3,00

3,12-6,00

6,12-9,00

9,12-12,00

Следующий этап исследований включал в себя разработку показателей приспособленности автомобилей к изменению факторов условий эксплуатации.

Приспособленность представляет собой свойство любого автомобиля сохранять значения показателей качества на номинальном уровне при отклонении условий эксплуатации от стандартных. Исходя из этого определения, можно сделать вывод, что приспособленность автомобиля начинает проявлять себя при отклонении показателей факторов условий эксплуатации от их стандартных значений. Для оценки влияния конструктивных особенностей автомобиля на изменение расхода топлива автомобиля в снаряженном состоянии при движении по дорогам с покрытиями различного типа предлагается использовать параметр чувствительности ¿У, который показывает, на сколько изменится расход топлива автомобиля в л/100 км при изменении показателя приращения коэффициента сопротивления качению А/ на 0,001. Поскольку приспособленность автомобиля участвует в формировании только дополнительного расхода топлива, то определить фактическое значение параметра чувствительности можно следующим образом:

с = = <Ь. 'А/ = 9'8'1 3''т- (6)

' Д/-105 10'-Д/-^

где А()( — дополнительный расход топлива, обусловленный изменением состояния дорожного покрытия, л/100 км; ^о — удельный расход топлива, л/100 Нкм; тг — масса автомобиля в снаряженном состоянии, кг; g — ускорение свободного падения, 9,8 м/с ; /;тр — КПД трансмиссии автомобиля.

Таким образом, значения параметра чувствительности автомобиля к изменению состояния дорожного покрытия ^зависят от массы автомобиля в снаряженном состоянии, КПД трансмиссии и величины удельного расхода топлива д50, которая в свою очередь зависит от типа используемого двигателя и применяемого топлива.

В ходе аналитических исследований было определено, что удельный расход топлива <?50 изменяется в пределах от 7,6-10"3 до 9,6-10"3 л/100 Нкм для автомобилей с бензиновыми двигателями и от 5,1-10'3 до 5,7-10" л/100 Нкм для автомобилей с дизельными двигателями.

Аналогичным образом были разработаны параметр чувствительности автомобиля £т к изменению степени загрузки транспортного средства по расходу топлива и параметр чувствительности автомобиля к совокупному изменению дорожного покрытия и степени загрузки транспортного средства по расходу топлива.

Значения параметра чувствительности можно определить по формуле:

5 _ _ • • Г • г • Л _ 9,8 • дю ■</„■/„ ' Г УЧщ, Пт,

где — дополнительный расход топлива, обусловленный

изменением степени загрузки автомобиля, л/100 км;

Чп — номинальная грузоподъемность транспортного средства, кг;

/а — коэффициент сопротивления качению автомобиля в стандартных условиях.

Параметр чувствительности показывает, насколько изменится расход топлива автомобиля в л/100 км при полной загрузке автомобиля, когда коэффициент использования грузоподъемности у равен 1.

Значения параметра чувствительности определяются следующим образом:

5 - _ ^о' ' У' £' 4/" _ 9,8 ■ I О'3 • <у50 • дк

" 103-Д/.Г 10'.4/-Г-% 7п, '

По своему физическому смыслу параметр чувствительности показывает, насколько изменится расход топлива автомобиля в л/100 км при одновременном изменении приращения коэффициента сопротивления качению на 0,001 и коэффициента использования грузоподъемности на 1. Чем больше значения представленных параметров чувствительности, тем интенсивнее будет изменяться расход топлива автомобиля при отклонении условий эксплуатации от стандартных.

Для возможности оценки уровня приспособленности автомобилей к изменению дорожного покрытия по расходу топлива было предложено использовать коэффициенты приспособленности К{ и КГг При этом коэффициент К( используется для оценки приспособленности автомобилей в снаряженном состоянии, тогда как коэффициент К^

используется для определения уровня приспособленности автомобилей с полной загрузкой.

Значения коэффициентов приспособленности К( и К^ можно определить по формулам:

Кг = ^, (9)

%

= (10) <7фп

где д0, — расход топлива автомобилей соответственно в снаряженном состоянии и с полной загрузкой в стандартных условиях, л/100 км;

<7ф, <7фп — расход топлива автомобилей соответственно в снаряженном состоянии и с полной загрузкой при максимальном значении показателя приращения коэффициента сопротивления качению на дорогах IV-V категории.

Теоретически значения коэффициентов приспособленности К[ и К[у изменяются в пределах от 0 до 1. Чем ближе значение коэффициентов к нулю, тем ниже уровень приспособленности автомобиля, и наоборот, чем ближе значение коэффициентов к 1, тем уровень приспособленности выше.

Расчет численных значений параметров чувствительности и а также коэффициентов приспособленности Кг и К^ был проведен в четвертой глаьс.

На основе анализа ранее выполненных исследований была выдвинута рабочая гипотеза о том, что зависимость расхода топлива автомобиля от показателя приращения коэффициента сопротивления качению и коэффициента использования грузоподъемности описывается двухфакторной математической моделью приспособленности:

9 = + + (11) где д(У) — оптимальный расход топлива автомобиля в снаряженном состоянии в стандартных условиях, представляющий собой функцию от скорости движения, л/100 км.

В третьей главе рассматривались вопросы, касающиеся проведения экспериментальных исследований. В частности, был разработан план эксперимента, который включает в себя описания оборудования и контрольно-измерительных приборов, необходимых для проведения испытаний, описаны стандартные условия проведения испытаний, методика проведения экспериментальных исследований, порядок определения погрешностей результатов измерений, а также методика оценки адекватности предлагаемых моделей.

Экспериментальные исследования проводились в соответствии с требованиями ГОСТ 20306-90 и ГОСТ Р 41.84-99, исключением являлись измерительные дорожные участки и загрузка транспортного средства.

В ходе проведения эксперимента выбирались дорожные участки с покрытиями различного типа, загрузка транспортных средств изменялась во всем диапазоне грузоподъемности подвижного состава.

Испытания проводились методом активного эксперимента, минимальное необходимое количество повторных измерений определялось исходя из уровня доверительной вероятности а = 0,85, что соответствует требованиям, предъявляемым к инженерным экспериментам, не влияющим на безопасность дорожного движения.

Замеры расхода топлива исследуемых автомобилей ГАЭ-3302, КамАЭ-43255 и КамАЗ-6520-19 проводились с помощью штатных датчиков транспортных средств, показания которых считывались из электронного блока управления по диагностическим интерфейсам посредством специализированных адаптеров и специального диагностического программного обеспечения.

Обработка экспериментальных данных и их последующий анализ проводился с помощью пакетов прикладных программ Microsoft Office 2007 и Statistica 6.0.

Четвертая глава посвящена анализу результатов аналитических и экспериментальных исследований.

По результатам аналитических исследований были определены численные значения параметров чувствительности Sf, Sr и Sfy для 117 автомобилей различных марок и моделей с использованием информации, представленной в нормативно-технической документации. В процессе анализа рассчитанных значений параметров чувствительности Sf, ST и S^ была определена необходимость дифференцированного корректирования норм расхода топлива при эксплуатации автомобилей на дорогах IV-V категорий. Полученные значения параметров чувствительности для автомобилей различных марок и моделей отличаются в несколько раз: значения параметра чувствительности Sf при уровне доверительной вероятности а = 0,95 изменяются в диапазоне от 0,130 до 1,134 л/100 км; значения параметра чувствительности S-, при том же уровне доверительной вероятности изменяются в пределах от 0 до 11,576 л/100 км; значения параметра чувствительности S^ изменяются в диапазоне от 0 до 1,796 л/100 км при уровне доверительной вероятности а = 0,95.

Далее были рассчитаны численные значения коэффициентов приспособленности Kf и К[У для автомобилей различных марок и моделей. Плотность распределения значений коэффициентов приспособленности К( и Kfy представлена на рис. 2.

Как видно из рис. 2, плотность распределения значений коэффициентов приспособленности К( и К^ соответствует нормальному закону распределения, при этом среднее значение коэффициента приспособленности Kf равно 0,63, а среднее значение коэффициента приспособленности равно 0,64. При уровне доверительной вероятности а = 0,997 значения коэффициента приспособленности Kf изменяются в диапазоне от 0,44 до 0,80, при том же уровне доверительной вероятности значения коэффициента приспособленности К(у изменяются в диапазоне от 0,35 до 0,93.

Значения коэффициента приспособленности К,

Рисунок 2. Плотность распределения значений коэффициентов приспособленности Кг и Яг,

В соответствии с выполненными ранее исследованиями диапазоны значений коэффициентов приспособленности К{ и были разбиты на три равных интервала, что соответствует трем уровням приспособленности автомобилей: низкий, средний и высокий (табл. 2 и 3).

Распределение автомобилей по тем или иным уровням приспособленности объясняется их конструктивными особенностями.

Таблица 2

Интервалы приспособленности автомобилей в снаряженном состоянии к

изменению дорожного покрытия по расходу топли"?

Уровни приспособленности Диапазон значений коэффициента приспособленности К{ Среднее значение Типичные автомобили

Низкий 0,44—0,56 0,5 КамАЗ-65111, КамАЗ-6520

Средний 0,56...0,68 0,62 МАЗ-5551, УРАЛ-5557

Высокий 0,68...0,8 0,74 ГАЭ-3302, ЗИЛ-5301

Таблица 3

Интервалы приспособленности автомобилей с полной загрузкой к _изменению дорожного покрытия по расходу топлива__

Уровни приспособленности Диапазон значений коэффициента приспособленности Среднее значение Типичные автомобили

Низкий 0,35...0,54 0,45 КамАЗ-65111, КамАЗ-6520

Средний 0,54... 0,74 0,64 ГАЗ-3307, ЗИЛ-5301

Высокий 0,74...0,95 0,85 ГАЗ-66-01, САЭ-3502

Соответствие результатов экспериментальных исследований нормальному закону распределения проверялось с помощью критериев Колмогорова-Смирнова и Шапиро-Уилка.

По экспериментальным данным был построен график зависимости расхода топлива исследуемых автомобилей от значений показателя

04 0 ' 06 С 7 ое 09

Значения коэффициента приспособленности К,у

приращения коэффициента сопротивления качению, который представлен на рис. 3.

45

Рисунок 3. График зависимости расхода топлива автомобилей ГАЗ-3302, КамАЗ-43255 и КамАЗ-6520-19 в снаряженном состояния от показателя приращения

коэффициента сопротивления качению

Значение приращения коэффициента сопротивления качению

Угол наклона прямых на графике по отношению к оси х отражает приспособленность автомобилей к изменению дорожного покрытия. Чем больше угол наклона прямой, тем хуже приспособленность автомобиля. Как видно из рис. 3, наибольшей приспособленностью к изменению состояния дорожного покрытия по расходу топлива обладает автомобиль ГАЭ-3302, а наименьшей КамАЗ-6520-19, что в основном объясняется их различными массами в снаряженном состоянии и типом привода трансмиссии. Значение расхода топлива при Д/= 0 является оптимальным значением расхода топлива в стандартных условиях.

Анализ экспериментальных данных также позволил подтвердить гипотезу о виде математической модели приспособленности, описывающей совместное влияние показателя приращения коэффициента сопротивления качению и коэффициента использования грузоподъемности на расход топлива автомобилей. Параметры математических моделей и значения статистических характеристик, использовавшихся при анализе, для исследуемых автомобилей приведены в табл. 4 и 5.

Таблица 4

Параметры Численные значения параметров математической модели для автомобилей

ГАЭ-3302 КамАЭ-43255 КамАЗ-6520-19

Оптимальный расход топлива л/100 км 10,2 16,2 27,5

Параметр чувствительности 5'г, л/100 км 0,202 0.430 0,816

Параметр чувствительности л/100 кмЯ 1,659 2,645 7,560

Параметр чувствительности ¿■(У, л/100 кмЯ2 0,155 0,421 1,260

Значения статистических характеристик предлагаемой

математической модели_

Статистические характеристики Численные значения характеристик математической модели для автомобилей

ГАЭ-3302 КамАЭ-43255 КамАЗ-6520-19

Коэффициент детерминации 0,96 0,98 0,98

Коэффициент множественной корреляции 0,98 0,99 0,99

Рассчитанное значение критерия Фишера Р,,^ 25,62 66,08 174,94

Средняя ошибка аппроксимации, % 2,40 2,00 1,27

Адекватность предлагаемой математической модели проверялась на основании сравнения рассчитанных значений критерия Фишера Р с табличными, а также по величине средней ошибки аппроксимации. Проведенный анализ показал, что предлагаемая математическая модель адекватна, следовательно, подтверждается гипотеза о том, что зависимость расхода топлива автомобилей от показателя приращения коэффициента сопротивления качению и коэффициента использования грузоподъемности описывается двухфакторной линейной математической моделью приспособленности.

График совместного влияния приращения коэффициента сопротивления качению и коэффициента использования грузоподъемности на расход топлива автомобилей представлен на рис. 5.

Рисунок 5. Зависимость расхода топлива автомобиля КамАЗ-43255 от показателя приращения коэффициента сопротивления качению Л/ и коэффициента использования грузоподъемности у

Из представленного графика видно, что расход топлива автомобиля зависит от величин приращения коэффициента сопротивления качению и коэффициента использования грузоподъемности, причем их одновременное изменение вызывает более интенсивное увеличение расхода топлива.

В пятой главе были рассмотрены вопросы практического использования результатов исследования. В частности, была разработана Методика дифференцированного корректирования норм расхода топлива, учитывающая тип и состояние дорожного покрытия, степень загрузки автомобилей и уровень приспособленности автомобилей к этим факторам. Также были предложены другие пути возможного использования результатов диссертационной работы.

Предложенная Методика дифференцированного корректирования норм расхода топлива включает в себя порядок определения уровня приспособленности автомобилей к изменению дорожного покрытия, расчет эксплуатационных норм расхода топлива при эксплуатации автомобилей на горизонтальных участках дорог IV-V категории, а также средние значения дифференцированных поправочных коэффициентов к базовой и транспортной нормам расхода топлива.

Значения дифференцированных поправочных базовой и транспортной нормам расхода топлива следующим формулам:

коэффициентов к определялись по

¿) =

Л*

•100%

■ю -•100%

(12) (13)

где

в

фактический расход топлива, л/100 км; базовая норма расхода топлива на пробег автомобиля в снаряженном состоянии, л/100 км; норма расхода топлива на транспортную работу, л/100 ткм;

объем выполненной транспортной работы, ткм. По представленным формулам были рассчитанные средние значения поправочных коэффициентов к базовой и транспортной нормам расхода топлива, которые представлены в табл. 6 и 7.

Таблица 6

Средние значения поправочных коэффициентов к базовой норме расхода

IV —

Уровень приспособленности Значения поправочного коэффициента по интервалам суровости состояния дорожного покрытия, %

Умеренный Умеренно-суровый Суровый Очень суровый

Низкий 12 37 61 79

Средний 7 22 36 47

Высокий 4 13 22 28

Средние значения поправочных коэффициентов к транспортной норме расхода топлива для автомобилей с полной или частичной нагрузкой _(низкий уровень приспособленности)_

Интервал суровости по степени загрузки ТС Значения поправочного коэффициента по интервалам суровости состояния дорожного покрытия, %

Умеренный Умеренно-суровый Суровый Очень суровый

Умеренный 13 40 67 86

Умеренно-суровый 16 50 83 107

Суровый 19 59 97 126

Очень суровый 21 66 110 143

Экономический эффект от внедрения результатов исследования определялся по формуле:

Э= лц^а -(/>„ - Длид (14)

»0 м

где Л'а — списочное количество автомобилей в парке, ед.;

Цт — цена одного литра топлива, руб.;

0, — норма расхода топлива, л/100 км;

ЛГд» — количество рабочих дней в расчетном месяце, дн.;

— среднесуточный пробег автомобиля в расчетном

месяце, км;

А, — поправочный коэффициент к норме расхода топлива,

установленный методическими рекомендациями или на

предприятии, %;

-^ДИф! — дифференцированный поправочный коэффициент к

норме расхода топлива, %.

Внедрение результатов исследования в дорожно-строительной организации дало экономический эффект в размере от 86 до 147 руб./авт.-день (в ценах на дизельное топливо за II кв. 2011 г.) для автомобилей с низким уровнем приспособленности в умеренно-суровом интервале условий эксплуатации. Экономический эффект образуется за счет объективного нормирования расхода топлива, которое дает возможность выявить нецелевое расходование ГСМ, вызванное неудовлетворительным техническим состоянием транспортных средств, неквалифицированным вождением или хищением топлива.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Решена научно-практическая задача повышения эффективности использования автомобилей на дорогах IV—V категорий за счет объективного нормирования расхода топлива на основе выявления закономерностей изменения показателей топливной экономичности автотранспортных средств с различной степенью загрузки в зависимости от типа и состояния дорожного покрытия.

2. Раскрыт механизм формирования расхода топлива автомобилей с различной степенью загрузки на дорогах ^-У категории на основе пространственно-временной концепции, учитывающей отклонение условий эксплуатации от стандартных значений и уровень приспособленности автомобилей к ним.

3. Разработан показатель состояния дорожного покрытия, приведенный к универсальной 12-балльной шкале суровости, которая позволяет учитывать и сравнивать между собой различные по своей природе факторы. Значения индекса hf изменяются в диапазоне от О до 12 Я, где Я — универсальная безразмерная единица суровости. Также разработан показатель степени загрузки транспортного средства /¡т, значения которого изменяются в диапазоне от 0 до 12 II, что соответствует изменению коэффициента использования грузоподъемности в диапазоне от 0 до 1.

4. Разработаны параметры чувствительности автомобилей к изменению состояния дорожного покрытия, к изменению степени загрузки транспортного средства и к совокупному изменению состояния дорожного покрытия и степени загрузки транспортного средства. Значительная вариация значений полученных параметров чувствительности свидетельствует о необходимости дифференцированного корректирования норм расхода топлива.

5. Разработаны коэффициенты приспособленности к изменению дорожного покрытия по расходу топлива для автомобилей в снаряженном состоянии и с полной загрузкой. Значения коэффициентов приспособленности изменяются в диапазоне от 0 до 1, причем К = О свидетельствует о наихудшей приспособленности транспортного средства, а К= 1 — о наилучшей приспособленности.

6. Определены типичные интервалы суровости состояния дорожного покрытия для дорог 1У-У категорий: умеренный, умеренно-суровый, суровый и очень суровый. Также определены типичные уровни приспособленности автомобилей к изменению дорожного покрытия по расходу топлива: низкий, средний и высокий.

7. Определено, что зависимость расхода топлива автомобилей от показателя приращения коэффициента сопротивления качению и коэффициента использования грузоподъемности описывается двухфакторной математической моделью приспособленности. Доказана

адекватность предлагаемой математической модели приспособленности на основе анализа экспериментальных данных.

8. Разработана Методика дифференцированного корректирования норм расхода топлива для автомобилей, эксплуатируемых на дорогах IV-V категорий, учитывающая тип и состояние дорожного покрытия, степень загрузки и уровень приспособленности автомобилей к рассматриваемым факторам условий эксплуатации. Внедрение результатов исследования обеспечивает экономический эффект в размере от 86 до 147 руб./авт.-день для автомобилей с низким уровнем приспособленности в умеренно-суровых условиях эксплуатации.

9. Основными направлениями дальнейших исследований являются определение зависимости расхода топлива автомобилей от пониженных скоростей движения, от величины продольного уклона автомобильной дороги, а также определение совокупной суровости воздействующих факторов группы дорожных условий эксплуатации.

Основные положения диссертации и результаты исследования опубликованы в следующих работах.

Журналы, входящие в перечень ВАК ведущих рецензируемых

научных журналов и изданий:

1. Нургалеев, А. В. Оценка приспособленности автомобилей к дорожным условиям эксплуатации по расходу топлива [Текст] / А. В. Нургалеев // Международный технико-экономический журнал. -Москва: ООО «Спектр», 2011. -№4. - С. 119 - 124.

Прочие издания:

2. Нургалеев, А. В. Анализ математической модели расхода топлива [Текст] / А. В. Нургалеев // Проблемы эксплуатации систем транспорта: Труды всероссийской научно-практической конференции. - Тюмень: ТюмГНГУ, 2007. - С. 104 - 108.

3. Нургалеев, A.B. Коэффициент сопротивления качению и факторы, влияющие на его величину [Текст] / А. В. Нургалеев // Проблемы эксплуатации систем транспорта: материалы Всероссийской научно-практической конференции. - Тюмень, ТюмГНГУ, 2008. - С. 215 - 219.

4. Нургалеев, А. В. Использование шкалы суровости применительно к дорожным условиям эксплуатации автомобилей [Текст] / А. В. Нургалеев И Проблемы эксплуатации систем транспорта: материалы Всероссийской научно-технической конференции. - Тюмень: ТюмГНГУ, 2009.-С. 217-221.

5. Нургалеев, А. В. Приспособленность автомобилей к дорожным условиям эксплуатации по расходу топлива [Текст] / А. В. Нургалеев // Проблемы эксплуатации и обслуживания транспортно-технологических машин: материалы Международной научно-технической конференции. -Тюмень: ТюмГНГУ, 2009. - С. 254 - 258.

21

6. Нургалеев, А. В. Дорожные условия эксплуатации [Текст] / А. Ю. Петров, А. В. Нургалеев // Проблемы функционирования систем транспорта: материалы Международной научно-практической конференции. - Тюмень: ТюмГНГУ, 2010. - С. 263 - 267.

7. Нургалеев, А. В. Определение параметра чувствительности автомобиля к изменению коэффициента сопротивления качению [Текст] / А. В. Нургалеев // Проблемы функционирования систем транспорта: материалы Международной научно-практической конференции. - Тюмень: ТюмГНГУ, 2010. - С. 246 - 248.

8. Нургалеев, А. В. Испытания автомобилей на топливную экономичность с использованием современных диагностических интерфейсов [Текст] / А. В. Нургалеев, Л. Г. Резник // Проблемы функционирования систем транспорта: материалы Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. -Тюмень: ТюмГНГУ, 2011. - С. 286 - 290.

9. Нургалеев, А. В. Анализ результатов аналитических и экспериментальных исследований по определению уровня приспособленности грузовых автомобилей к дорожному покрытию по расходу топлива [Текст] / А. В. Нургалеев // Проблемы функционирования систем транспорта: материалы Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. - Тюмень: ТюмГНГУ, 2011. - С. 291 - 297.

10. Нургалеев, A.B. Методика дифференцированного корректирования норм расхода топлива грузовых автомобилей, эксплуатируемых на дорогах IV-V категорий [Текст] / А. В. Нургалеев // Проблемы функционирования систем транспорта: материалы Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. - Тюмень: ТюмГНГУ, 2011. - С. 298 - 302.

11. Нургалеев, А. В. Аналитическое определение уровня приспособленности автомобилей к дорожному покрытию по расходу топлива с учетом суровости условий эксплуатации [Текст] / Л. Г. Резник, А. В. Нургалеев // Проблемы функционирования систем транспорта: материалы Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. - Тюмень: ТюмГНГУ, 2011. - С. 363 - 369.

Подписано в печать 18,11.2011 г. Формат 60x90 1/16. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 406

Библиотечно-издательский комплекс федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Тюменский государственный нефтегазовый университет». 625000, Тюмень, ул. Володарского, 38.

Типография библиотечно-издательского комплекса 625039, Тюмень, ул. Киевская, 52.