Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса, цель и задачи исследований, 12
1.1. Условия и режимы работы автопоездов 12
1.2. Влияние нагрузки и скорости движения автопоезда на его долговечность 18
1.3. Анализ существующих методов расчета износа деталей двигателя 40
1.4. Методика и критерии оптимизации параметров автопоездов. Постановка вопроса, цель и задачи исследования 44
Глава 2 Исследование эксплуатационных свойств и износа двигателя автопоезда для конкретных условий эксплуатации на основе моделирования двшения автопоезда 60
2.1. Теоретические основы и разработка математической модели движения автопоезда 60
2.1.1. Расчет износа двигателя автомобиля-тягача при движении его по заданному маршруту 60
2.1.2. Математическое обеспечение программы для ЭВМ 66
2.1.3. Алгоритм программы моделирования движения автопоезда 79
2.2. Определение пробега АТС в нормо-километрах по расходу топлива 85
2.2.1. Определение связи между расходом топлива и износом двигателя 85
2.2.2. Методика определения пробега АТС в нормо-километрах по расходу топлива и по износу двигателя 87
2.3. Оптимизация параметров автопоезда с помощью моделирования его движения в заданных условиях 90
2.3.1. Выбор оценочных показателей и параметров оптимизации по ресурсу двигателя 90
2.3.2. Оптимизация технических параметров автопоездов для конкретных условий эксплуатации 95
2.3.3. Влияние технических параметров на показатели износа двигателя и тягово-скоростных свойств автопоезда 108
2.3.4. Влияние ограничения номинальной частоты вращения вала двигателя на эффективность использования автопоезда для конкретных условий эксплуатации... 112
2.3.5. Влияние изменения мощностных и экономических показателей двигателя в процессе эксплуатации на оптимальный состав автопоезда 118
Глава 3. Экспериментальное исследование влияния полной массы автопоезда на режимы работы и износ двигателя 129
3.1. Режимометрические испытания автомобиля-тягача КамАЗ-5410 131
3.1.1. Программа испытаний 131
3.1.2. Приборы и регистрирующая аппаратура для режимометрирования 134
3.2. Методика спектрального определения продуктов износа в отработанных маслах 141
3.2.1. Отбор проб работавшего масла 141
3.2.2. Отбор отложений 144
3.3. Обработка результатов режимометрических испытаний...' 145
3.4. Сопоставление результатов расчета режимов движения и износа двигателя с экспериментальными данными 146
3.4.1. Оценка адекватности модели 146
3.5. Результаты эксперимента и анализ влияния увеличения полной массы автопоездов КамАЗ на режим работы двигателя 150
3.6. Эксплуатационные испытания автомобилей МАЗ и КрАЗ.- 158
3.6.1. Условия эксплуатации автопоездов МАЗ и КрАЗ в г.Москве на перевозках строительных грузов 158
3.6.2. Результаты эксплуатационных испытаний автопоездов МАЗ и КрАЗ 163
Глава 4. Пошшение топливной экономичности, долговечности и эффективности использования АТС 170
4.1. Определение скоростей движения АТС, оптимальных по расходу топлива и долговечности двигателя 170
4.2. Определение оптимальной полной массы и ресурса двигателя автопоезда по техническому критерию 178
4.3. Выбор и оптимизация подвижного состава для конкретных условий эксплуатации с учетом изменения характеристик двигателя в процессе эксплуатации... 181
Литература 189
Приложение 203
- Методика и критерии оптимизации параметров автопоездов. Постановка вопроса, цель и задачи исследования
- Методика определения пробега АТС в нормо-километрах по расходу топлива и по износу двигателя
- Методика спектрального определения продуктов износа в отработанных маслах
- Определение оптимальной полной массы и ресурса двигателя автопоезда по техническому критерию
Методика и критерии оптимизации параметров автопоездов. Постановка вопроса, цель и задачи исследования
Эффективность работы автопоезда определяется его производительностью за определенный период времени и приведенными затратами на перевозку.
Д.П.Великановым в работе [25] для технико-экономической оценки эффективности автомобиля предложены следующие показатели: трудоенкость использования автомобиля, производительность, затраты на перевозки, энергоемкость и металлоемкость перевозок.
Задачу использования подвижного состава Н.Н.Тихомиров p09j разделяет на две самостоятельные части: первая - использование подвижного состава по времени; вторая - использование мощности двигателя для достижения наибольшей скорости движения и для перемещения наибольшего количества грузов в конкретных дорожных условиях.
Если первая часть задачи является организационной и связана в большей степени с использованием экстенсивных резервов роста производительности, то вторая часть сводится к решению вопросов, связанных с использованием потенциальных возможностей автомобилей путем использования их в составе автомобильных поездов. Увеличение грузоподъемности автомобиля и мощности его двигателя в одном транспортном агрегате ограничивается допустимыми предельными нагрузками на ось и скоростью движения, т.е. дорожными условиями, а автопоезд может быть большой грузоподъемностью без выхода его параметров за допускаемые пределы.
Проблема повышения эффективности использования автомобиль ных поездов приобретает особую актуальность в настоящее время, когда автомобильные поезда рассматриваются как один из наиболее перспективных видов грузового подвижного состава.
Вопросы теории и использования автомобилей и автопоездов исследованы в трудах многих советских ученых. Среди них видное место занимают работы Л.Л.Афанасьева, Д.П.Великанова, Н.Я.Говорущенко, Я.Х.Закина, В.А.Иларионова, А.С.Литвинова, М.И.Лурье, В.В.Осепчугова, В.Ф.Платонова, Н.Н.Тихомирова, А.К.Фрумкина, Я.Е.Фаробина, А.М.Шейнина, Н.А.Яковлева.
Отдельным вопросам использования автомобильных поездов посвящены исследования И.В.Барашкова, М.В.Васильева, В.М.Го-дованного, Ю.А.Калько, Р.П.Лахно, А.А.Макушина, А.Ф.Нефедова, Б.Н.Нифонтова, В.С.Олитского, Б.В.Решетникова, А.АЛ еботаева и др.
Изучение этих работ позволяет сделать вывод, что для научно обоснованной оценки эффективности использования потенциальных свойств и ресурса автомобиля, заложенных при проек тировании, выбора его конструктивных параметров и для их оптимизации необходима всесторонняя оценка приспособленности всех элементов конструкции автомобиля к условиям эксплуатации.
Поскольку автомобили работают в различных эксплуатационных условиях долговечность деталей и кратность сроков их службы изменяются в зависимости от типичных для этих условий режимов, среды, а также культуры обслуживания. Следовательно, выбор параметров АТС зависит от их назначения и условий эксплуатации [84]. Поэтому при выборе и формировании состава автопоезда применительно к конкретным условиям эксплуатации в первую очередь возникает задача определения его параметров по максимальной приспособленности к этим условиям.
Принцип оптимизации технических параметров АТС для конкретных условий эксплуатации заключается в решении задачи, которая сводится к выявлению зон значений исследуемых параметров, соответствующих экспериментальным значениям комплексных показателей, принятых в качестве критериев оптимизации, причем минимальные значения относятся к технико-экономическим, а максимальные к техническим комплексным показателям [?з].
Главными эксплуатационными параметрами любого грузового автомобиля являются полная масса (грузоподъемность) и скорость движения, от величины которых, в основном зависит производительность грузовых автомобилей и автопоездов.
Методика определения пробега АТС в нормо-километрах по расходу топлива и по износу двигателя
На межремонтные пробеги и на расход топлива АТС влияют дорожные и климатические условия, степень использования грузоподъемности и пробега, переменность режимов работы, а также расстояние перевозки, квалификация водителя и т.д. Учесть влияние этих факторов на долговечность АТС в условиях эксплуатации для каждого автомобиля представляется чрезвычайно сложным. В связи с этим возникает необходимость в создании обобщенной методики учета влияния режимов работы и условий эксплуатации на межремонтные пробеги автомобиля. В работах [l26, 127J предлагается метод расчета межремонтного пробега автомобиля в нормао-километрах по расходу топлива. іг Согласно этой работе пробег в нормо-километрах определяется по следующему уравнению: где QH- расход топлива по нормам за фактически выполненный пробег с учетом надбавок и скидок; Ыэт- расход топлива по нормам за 1000 нормо-км. Этот метод широко применяется на практике [Ю7].
Расход топлива по нормам за 1000 норма-километров для принятых условий эксплуатации определяется для базовых моделей грузовых автомобилей по следующему уравнению [12б] : где КІ норма расхода топлива в литрах на 100 км пробега, л/100 км; К - норма расхода топлива в литрах на 100 тонно-километров, лДСЮткм; Q - грузоподъемность автомобиля, т; )гл- коэффициенты использования соответственно грузоподъемности и пробега; /U - коэффициент изменения норм расхода топлива в зависимости от дорожных и климатических условий. Так как срок службы двигателя определяется в основном износом, Tot следовательно, расчет пробега в нормо-километрах тоже надо произвести с учетом износа двигателя. Прооег в нормо-килвметрах с учетом износа двигателя можно определить аналогично (2.61) по следующему уравнению: где UFeH- износ двигателя за фактически выполненный пробег; U.fe3T- износ двигателя по нормам за 1000 нормо-км; Учитывая высокую корреляцию между расходом топлива и износом двигателя можно принять, что условия эксплуатации влияют на расход топлива в той же степени, что и на долговечность. Поэтому износ двигателя по нормам за 1000 нормо-километров для принятых условий эксплуатации можно определить для базовых моделей грузовых автомобилей аналогично (2.62) по следующему уравнению: где К3- норма износа двигателя в мг на 100 км пробега, мг/100 км; Kv- норма износа двигателя в миллиграммах на 100 тонно-километров, мг/100 ткм; Определив пробеги АТС в нормо-километрах по (2.61) La и по (2.63) Ьре можно будет установить зависимость между пробегами в нормо-километрах, определенных по расходу топлива LQ и по износу двигателя LFe , т.е. LFe = f(LQ) Следовательно, LFe=f(QHlОэт) Таким образом, расчет пробега в нормо-километрах по расходу топлива позволяет учитывать влияние на долговечность таких факторов, как использование грузоподъемности и пробега, дорожных условий, технических параметров АТС, расстояние перевозок и режимов движения.
Методика спектрального определения продуктов износа в отработанных маслах
Отбор пробы работавшего масла из двигателя производили после возвращения автомобиля с линии в АТП или после непрерывной работы двигателя в течение 15-20 мин, не позже 10 мин после его остановки. Температура воды в двигателе была не менее 60С. Пробы масла отбирались через отверстие для масломерного щупа при помощи специального медицинского шприца Ш-9 емкостью 150 см3. Шприц перед отоором пробы промывался дважды горячим картерным маслом того двигателя, у которого отбиралась проба. Для того, чтобы пробы масла отбирались с одного уровня в поддоне, трубка маслоотборника была снабжена указателем (ограничителем) . Пробы масла отбирались: - из двигателя КамАЗ-5410 - через каждые 500км пробега в количестве 50 г; - для определения физико-химических показателей через каждые 2000 км пробега автомобиля в количестве 300 г; - из двигателей автомобилей ГЛАЗ и КрАЗ - через каждые 2000 км пробега в количестве 50 г. Отложения отбирались скальпелем с середины ротора на глубину, примерно равную толщине накопившихся отложений. При отборе пробы определялся вес отложений, накопленных в роторе. Отобранные отложения массой 50 г отбирались в кальку с обозначением номера автомобиля, пробега двигателя. Подсчет количества продуктов износа в масле производился по методике, разработанной д.т.н. С.К.Кюрегяном [64].
Обработка информации о режимах работы двигателя и автомобиля включала следующие этапы: считывание данных, согласно принятым методам систематизации нагрузочных режимов (ордднаты, экстремумы), преобразование данных с учетом масштабных коэффициентов, построение эмпирических распределений на ЭЦШ с применением специальных программ, определение характера влияния полной массы на режимы работы и износ двигателя; проверка адекватности математической модели режимов движения АТС на ЭВМ с результатами эксперимента. Обработка полученных записей на осциллограммах осуществлялась замером величин ординат исследуемых процессов через определенные промежутки времени, то есть производили дискретизацию процесса по времени. Также определялись максимальные значения регистрируемых параметров. При расшифровке записей использовались записанные на осциллограммах для каждого процесса (X) отклонения луча шлейфа L при тарировочном сигнале Н По отклонению /ц(х) записи расшифровываемого процесса определялась величина параметра по формуле При построении эмпирических распределений параметров на ЭПШ пользовались специальными программами " УРСОЛ/ " и Для моделирования режимов движения АТС и определения износа двигателя для конкретных условий эксплуатации необходима проверка адекватности расчетных методов. Б данном случае такая проверка может быть выполнена путем сопоставления расчетных данных с результатами испытаний режимов работы и определению износа двигателя. В качестве объектов для проверки расчетных методов выбраны двигатель КамАЗ-740 автомобиля КамАЗ-5410. Разработанные алгоритмы расчета режимов движения и износа двигателя, изложенные во второй главе, были реажзованы в виде программ для ЕС ЭШ. На рис.3.12 - 3.13 приведены результаты расчета и эксперимента по определению режимов движения и износа двигателя для автопоезда КамАЗ в магистральных условиях эксплуатации.
Определение оптимальной полной массы и ресурса двигателя автопоезда по техническому критерию
В связи с широким применением автопоездов для перевозки различных грузов необходимо знать, в каких условиях и насколько можно увеличить полную массу автопоезда. Как показывает практика, эксплуатационники делают многочисленные попытки увеличения грузоподъемности автомобиля за счет применения двух и более прицепов. Следует отметить, что при этом грузоподъемность автомобилей увеличивается интуитивно без каких-либо обоснований. В связи с этим возникают следующие вопросы: как изменяется ресурс автомобиля в зависимости от полной массы автопоезда и до-рожных условии, определяемых тииомшритерия и продольным профилем дороги? Какова должна быть оптимальная полная масса (обеспечивающая наибольшую транспортную работу за весь ресурс автомобиля-тягача) автопоезда для тех;яли иных дорожных условий? Как известно, наименее долговечным агрегатом автомобиля обычно является двигатель Г48І . Во второй главе диссертации были установлены зависимости скорости движения, путевого расхода топлива, путевого износа двигателя, износа двигателя на I ткм транспортной работы, часовой производительности и условной удельной производительности от полной массы автопоезда КамАЗ. Анализ этих зависимостей показал, что из указанных эксплуатационных показателей критерием выбора оптимальной полной массы (по получении максимум производительности с единицы ресурса и расхода топлива) автопоезда является условная удельная производительность. Для решения поставленных вопросов воспользуемся методикой и математической моделью, приведенной во второй главе.
Для конкретных условий эксплуатации с помощью математи ческого моделирования движения автопоезда или режимометриче ских испытаний определяется средняя скорость движения, износ двигателя, положение рейки ТШЭД, частота вращения вала двига теля. С помощью единой относительной износной характеристики, определяется значение относительного износа двигателя. Учитывая, что величина относительного моторесурса двигателя Тс /Тед, (отношение моторесурса двигателя на данном режиме Тс к моторесурсу двигателя TCN , соответствующему максимальной мощности Nemox ) Обратно пропорционально величине Ге / /ел/ может быть построена зависимость Тс /TCN Я -f (П/П ; hp/hPN) [72] и определена величина Tc/TeW. Величина Tcw определяется следующим образом: зная величину пробега двигателя до капитального ремонта и скорости движения автопоезда в средних условиях эксплуатации определяется средний моторесурс двигателя до первого капитального ремонта для этих условий 180 , час , (4.10) T _ икр.С/» icea /сер - моторесурс двигателя до первого капитального ремонта в средних условиях эксплуатации, ч; Для величин Л/Пд/ и hp/hpn/ , соответствующим средним условиям эксплуатации, по зависимости "С/Тс«-f(h/flN ; hpjhPN) определяется значение относительного моторесурса двигателя в средних условиях эксплуатации JccpjTcn » а затем опре деляется величина Тсы При известном Т можно рассчитать действительный ресурс двигателя для данных условий эксплуатации по формуле: Зная скорость движения для данных условий перейдем от let кЬкр Построенная таким образом зависимость ресурса двигателя до первого капитального ремонта от полной массы автопоезда КамАЗ для магистральных условий эксплуатации приведена на рис.4.4. Для решения второго вопроса в качестве чисто технического критерия выбираем полную транспортную работу за весь ресурс где LKp- ресурс двигателя до первого капитального ремонта, юл. Данный критерий определяет объем транспортной работы, выполненной автомобилем (автопоездом) за весь свой ресурс (по двигателю), Зависимость полном транспортной работы от полной массы автопоезда КамАЗ Для магистральных условий эксплуатации приведена на рис.4.4. С помощью зависимости uQn - f (Wn, икр) можно ответить на поставленный вопрос и оптимизировать полную массу по ресурсу двигателя для получения максимальной транспортной работы.
Из рассмотрения рис.4.4 устанавливается, что для автопоезда КамАЗ в магистральных условиях эксплуатации оптимальная полная масса составляет бополг = S9 т (что близко соответствует полной массе трехзвенного автопоезда КамАЗ-5410 + ОдАЗ-9370 + ЖБ-8350). При этом ресурс двигателя автомобиля-тягача составляет икр.опг= 220 тыс.км.
