Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Особенности эксплуатации шин в условиях переменного рельефа местности 9
1.1. Состояние и особенности автомобильных перевозок Республики Дагестан 10
1.2. Характерные особенности пассажирских перевозок по регулярным маршрутам Республики Дагестан, определяющие нагрузочный режим работы шин 17
1.3. Состояние опытно - конструкторских и научно - исследовательских работ в области определения пробега шин, разработки методов
контроля и оценки интенсивности изнашивания их протектора 19
1.3.1. Эксплуатационные причины выхода из строя автомобильных шин 22
1.3.2. Классификация основных факторов и их параметров, влияющих на срок службы шин 29
1.3.2.1. Техника вождения автомобиля или крутящий момент 30
1.3.2.2. Дорожные, климатические условия и конструкция автомобиля. 31
1.3.2.3. Массовая перегрузка шин 33
1.3.2.4. Скорость движения автомобиля 34
1.3.2.5. Давление воздуха в шинах 35
1.3.2.6. Углы установки колёс и силы, действующие на шину 37
1.3.2.7. Несоответствие конструкции и неоднородность колёс 41
1.3.2.8. Перекосы передней и задней осей автомобиля и техническое состояние подвески 43
1.3.2.9. Влияние износа шин на их характеристики и тягово-сцепные свойства автомобиля 44
1.3.3. Методы нормирования пробега шин и оценка интенсивности их изнашивания 45
Глава 2. Комплексный подход к прогнозированию пробега шин, основанный на стендовых и дорожных испытаниях 57
2.1. Стендовые исследования интенсивности изнашивания шин 58
2.2. Особенности эксплуатационных испытаний автомобильных шин в условиях переменного рельефа местности на примере Республики Дагестан 66
2.3. Ранжирование эксплуатационных факторов по влиянию на интенсивность изнашивания и пробег шин на регулярных маршрутах Республики Дагестан 92
Глава 3. Разработка модели горных дорожных условий и модели взаимодействия системы «горная дорога-автомобиль-водитель-окружающая среда»... 99
3.1. Подходы к выбору комплексного показателя нагруженности шин в условиях горных регулярных маршрутов 99
3.2. Расчёт сил, действующих в пятне контакта автомобильной шины с дорогой 102
3.3. Модель движения автомобиля по горному маршруту для оценки пробега шин 111
3.3.1. Модель действия водителя 114
3.4. Определение зависимости ресурса шин от пробега на основе показателя нагруженности в условиях эксплуатации с переменным рельефом местности 121
Глава 4. Методика прогнозирования пробега шин автобусов, в условиях эксплуатации с переменным рельефом местности 132
4.1. Влияние эксплуатационных факторов на пробег шин в условиях эксплуатации с переменным рельефом местности 132
4.2. Определение коэффициентов, учитывающих рельеф местности для прогнозирования пробега шин 136
4.3. Методика прогнозирования пробега шин автобусов в условиях эксплуатации с переменным рельефом местности (на примере автобуса особо малого класса «ГАЗель») 141
4.4. Оценка эффективности установления дифференцированного прогнозируемого значения пробега шин на регулярных маршрутах Республики Дагестан 146
Основные результаты и выводы 152
Список использованной литературы 154
Приложения 165
Приложение А 166
- Эксплуатационные причины выхода из строя автомобильных шин
- Особенности эксплуатационных испытаний автомобильных шин в условиях переменного рельефа местности на примере Республики Дагестан
- Расчёт сил, действующих в пятне контакта автомобильной шины с дорогой
- Определение коэффициентов, учитывающих рельеф местности для прогнозирования пробега шин
Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время эффективность работы автомобильного транспорта во многом зависит не только от организации перевозок и технического состояния подвижного состава, но и от эксплуатационных условий и срока службы шин. Интенсивное развитие автомобильного транспорта и повышение его роли во всех сферах хозяйственной деятельности человека выдвинули в число важнейших проблем увеличения срока службы шин. Необходимым условием решения этой проблемы является наличие объективных нормативов определяющих ресурс шин. В действующих на настоящий момент документах нормативы устанавливались на основе исследований, выполненных в 1975-1980 гг. Величина базовых норм определялась на основе фактических средних пробегов списанных шин. Эти нормы не соответствуют фактической долговечности современных шин. При установлении нормативов необходимо учитывать не только конкретные условия работы автомобиля, но и силы сопротивления качению колеса. Многочисленность факторов и различное влияние их на интенсивность изнашивания шин требуют оценки значимости этих факторов с целью выявления основных, которые определяют ресурс шин в специфических условиях эксплуатации. Методики прогнозирования и нормирования пробега шин при эксплуатации автобусов в условиях с переменным рельефом местности нет, поэтому разработка ее является актуальной задачей.
Целью работы является разработка методики прогнозирования ходимости автомобильных шин в условиях эксплуатации с изменяющимся рельефом местности и установление дифференцированных нормативов пробега шин. Задачи исследования:
Провести стендовые и дорожные испытания с целью выявления основных эксплуатационных факторов, влияющих на интенсивность изнашивания шин;
Ранжировать эксплуатационные факторы по степени влияния на износ шин в условиях переменного рельефа местности на маршрутах Республики Дагестан;
Определить критерия оценки нагруженности шин и интенсивности изнашивания протектора в условиях переменного рельефа местности;
Разработать модель взаимодействия автомобильного колеса с дорогой и изнашивания протектора шины при переменном рельефе местности на регулярных маршрутах Республики Дагестан;
Разработать методику дифференцированного прогнозирования пробега шин в условиях переменного рельефа местности на примере регулярных маршрутов Республики Дагестан.
Объект исследования. Процесс износа и прогнозирования пробега шин в условиях
эксплуатации с изменяющимся рельефом местности.
Предмет исследования. Влияние нагруженности шин и характеристик маршрутов
движения на износ шин в условиях эксплуатации с изменяющимся рельефом
местности.
Научная новизна работы заключается в:
определении основных факторов влияющих на интенсивность изнашивания шин и их ранжирование при эксплуатации в условиях переменного рельефа местности;
установлении критерия нагруженности шин и интенсивности изнашивания протектора в условиях переменного рельефа местности;
разработке модели движения автомобиля на маршрутах для оценки пробега шин и выявления зависимости ресурса шин от пробега на основе показателя нагруженности шин;
разработке и обосновании методики оценки (прогноза) пробега шин в условиях
Автор выражает глубокую признательность к.т.н., доцентам: Тарновскому Виктору Николаевичу, Клепику Николаю Константиновичу, за оказанную помощь при анализе и обсуждении полученных результатов.
эксплуатации на маршрутах с изменяющимся рельефом местности;
- установлении дифференцированных нормативов пробега шин и проведении оценки целесообразности применения их на регулярных маршрутах Республики Дагестан.
Практическая ценность заключается в разработке методики, оперативном определении и корректировании прогнозируемых значений пробега шин, использование которой позволяет нормировать пробег, с целью повышения долговечности и снижения затрат на эксплуатацию автобусов. На защиту выносятся:
Комплексный подход к оценке прогнозирования пробега шин при эксплуатации автобусов в условиях изменяющего рельефа местности.
Выявление и ранжирование основных эксплуатационных факторов, влияющих на пробег шин в условиях переменного рельефа местности.
Модель движения автомобиля по маршруту для оценки пробега шин.
Определение зависимости пробега шин от показателя нагруженности шин в условиях эксплуатации.
Методика прогнозирования пробега шин на регулярных маршрутах с изменяющимся рельефом местности (на примере Республики Дагестан).
Апробация работы. Основные результаты и положения диссертационной работы доложены и получили одобрение: Всероссийской конференцией «Проблемы и управление качеством в машиностроении», Дагестанским ГТУ. - 2007, 2008; Научно-практической конференцией Махачкалинского филиала МАДГТУ (МАДИ).- (2006 -2011г); Научно-практической конференцией «Проблемы теории и практики, экономики и народнохозяйственного комплекса» Дагестанского ГТУ, - 2008; Научно-практической конференцией преподавателей, сотрудников, аспирантов и студентов ДГТУ Дагестанского ГТУ, - 2009; Международной научно-практической конференцией «Современные проблемы и перспективы развития аграрной науки». Дагестанской ГСХА. - 2010.
Реализация результатов работы. Разработанная методика внедрена в автотранспортных предприятиях ДГУП «Дагестанавтотранс» Республика Дагестан г. Махачкала.
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 19 печатных работ, из них 3 входят в перечень изданий, рекомендуемых ВАК, РФ.
Структура и объем работы: Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы и приложений. Объем диссертационной работы составляет 190 стр. (в том числе 40 таблиц и 36 иллюстраций, список литературы из 143 наименований и 2 приложений).
Эксплуатационные причины выхода из строя автомобильных шин
В бортах покрышки заделаны кольца 9 из стальной проволоки, обернутой прорезиненной тканью. Они препятствуют растягиванию бортов и надежно удерживают покрышку на ободе колеса.
У бескамерных шин по бортам выполнены уплотнительный слой и кольцевые уплотнения, обеспечивающие плотную посадку на обод колеса, а внутренняя поверхность шины покрыта специальным герметизирующим слоем, предотвращающим утечку воздуха.
Автомобиль контактирует с дорогой только по пятнам контакта шин с опорной поверхностью, в которых сосредоточены усилия, обеспечивающие условия для обеспечения управляемости, ходовых качеств, комфортабельности и устойчивости. В этой связи весьма важно обеспечить требуемые характеристики шин, которые зависят как от конструктивных элементов и физико- механических свойств применяемых материалов при их изготовлении, так и от условий и продолжительности эксплуатации и изменения физико- механических свойств конструктивных элементов в процессе эксплуатации.
Экономичность работы автомобиля зависит как от расхода топлива и моторного масла, так и от затрат на техническое обслуживание и текущий ремонт, а также от срока службы шин. Доля затрат на замену последних, по данным работы [85, 86, 87] достигает 40% от затрат, связанных с техническим обслуживанием (ТО) и текущим ремонтом (ТР) автомобиля.
Проблемными остаются также экологические аспекты как эксплуатации, так и производства шин. Так ежегодно в мире производится до 15 млн. тонн резины для шин, что связано со значительными материальными и трудовыми затратами, а также интенсивным загрязнением окружающей среды шинной пылью.
В условиях эксплуатации нерешенной остается задача переработки изношенных шин в резиновые смеси для повторного использования. Кроме того эксплуатационные условия, по данным работы [31, 84] снижают ресурс шин до 55%, тогда как уровень организации производства только на 25%. Эксплуатационные причины выхода из строя автомобильных шин могут быть разбиты на группы [13, 86, 94, 95, 105]: - повреждения из-за дефектов производства; - механические повреждения; - износ протектора. Производственные дефекты, обусловленные погрешностями технологических процессов, организации производства и качеством применяемых материалов, могут существенно снизить ресурс партии шин. Однако при налаженном производстве и отработанных технологических процессах, изготовления и контроля качества шин, количество шин, вышедших из строя производственным дефектом можно исключить. Механические повреждения, доля которых при эксплуатации шин весьма велика и достигает по литературным данным до 40% [44], исключить нельзя. Механические повреждения беговой дорожки шины делят на три группы [84, 85, 86, 94] - это разрушения от однократного воздействия больших камней, острых предметов и т.п. Этот вид наиболее характерен для машин, работающих в тяжелых условиях эксплуатации: горные выработки, карьеры и т.д.; порезы, проколы и т.д., вызванные острыми предметами (камнями, гвоздями); разрушение камнями, застрявшими в канавках протектора и под действием контактных давлений, проникающим в подканавочный слой и кордные слои шины. Изнашивание протектора шин и резин исследовались во многих работах [13, 44, 54, 57, 61, 84, 85, 86, 88, 93, 94, 96], которые позволили установить, что протектор пневматической шины изнашивается под действием напряжений и проскальзываний, возникающих в зоне контакта ее с дорогой. Описаны разные механизмы изнашивания резины в зависимости от условий эксплуатации: - абразивный износ происходит на шероховатых поверхностях при относительно высоком коэффициенте трения; - износ посредством скатывания возникает также при высоком коэффициенте трения, но на относительно гладких поверхностях; - усталостный износ вызывается многократной деформацией резины на микро неровностях опорной поверхности; - износ из-за термической деструкции - возникает при высокой температуре в зоне контакта, что при высокой интенсивности скольжения может иметь место в реальных условиях эксплуатации [94]. Процесс трения и изнашивания можно представить происходящим по трём последовательным этапам: образование фрикционных связей при изменяющихся деформациях и развивающихся температурах; нарушение фрикционных связей; разрушение поверхности. В общем случае различают пять видов нарушения фрикционных связей [94]: 1. Микрорезание и царапание, которые проявляются при наличии острых выступов на истирающей поверхности и больших контактных давлениях, когда легко достигается предел прочности материала. Отделение материала происходит в результате однократного воздействия. 2. Пластическое оттеснение, которое характеризуется наличием тупых выступов при средних нагрузках. Отделение материала происходит в результате большого числа циклов деформации. 3. Упругое оттеснение, при котором материал обтекает движущийся выступ, а затем восстанавливает свою первоначальную форму. Число циклов до разрушения может быть велико. Это наиболее типичный случай при истирании резины. 4. Адгезионный отрыв, обуславливающий молекулярную составляющую силы трения на поверхности соприкосновения. Адгезия всегда сопровождает любой вид взаимодействия, но, как правило, невелика по сравнению с объёмной прочностью материала. 5. Когезионный отрыв, т.е. схватывание поверхностей, сопровождающееся глубинным вырыванием материала. Нормальный износ протектора автомобильных шин происходит при третьем виде нарушения фрикционных связей, т.е. при упругом оттеснении. В результате многократно повторяющихся воздействий происходит разрушение и отделение частиц износа с поверхности трения. Такой процесс разрушения поверхности трения рассматривается как фрикционно-контактная усталость материала. Основные закономерности интенсивности износа при упругом контакте следующие: 1. Интенсивность износа зависит от нагрузки. 2. Интенсивность износа возрастает с увеличением коэффициента трения. 3. Увеличение модуля упругости материала приводит к увеличению интенсивности износа.
Особенности эксплуатационных испытаний автомобильных шин в условиях переменного рельефа местности на примере Республики Дагестан
Испытание шин в условиях нормальной эксплуатации дают наиболее достоверные сведения об износостойкости протектора. Испытания шин проводятся обычно на дорогах определенных групп, поскольку пробег шин по износу протектора в большей степени зависит от дорожных условий. Все автохозяйства, в которых проводятся эксплуатационные испытания, классифицированы по дорожным условиям (таблица 2.3.). Классификация дорог, принятая шинной промышленностью, отличается от классификации, принятой дорожными организациями, поскольку срок службы шин по износу протектора зависит не только от типа дорожного покрытия, но и его состояния. В соответствии с классификацией дороги делятся на три группы: А, Б и В.
Для получения достоверных данных о пробеге шин до разрушения или полного износа протектора должны быть выполнены определенные условия. Основным условием является достаточное количество шин, за которыми ведется наблюдение. В связи с различными условиями эксплуатации имеет место существенный разброс долговечности шин и весьма высокий коэффициент вариаций - около 0,35 - 0,40. Учитывая эти обстоятельства, для оценки среднего пробега шин с достаточной точностью (5 - 7%) при условии обеспечения надежности 0,95 требуется испытывать шины в автохозяйствах на определенных дорожных условиях.
Для исключения влияния случайных причин на результаты испытаний в процессе проведения эксплуатационных дорожных испытаний устанавливается наблюдение за техническим состоянием агрегатов автомобилей - колесного узла, рулевого управления, схождения и развала колес, тормозной системы и.т.д. Помимо этого контролируется соблюдение правил эксплуатации шин. Заключение о среднем пробеге шин, за эксплуатацией которых установлено наблюдение, проводится после того, как почти все испытываемые шины выйдут из строя. Вследствие этого эксплуатационные испытания весьма длительны и продолжаются около двух лет, что затрудняет оперативное использование результатов испытаний для усовершенствования конструкции или технологии производства шин.
За счет применения схемы перестановки шин на автомобиле (рис. 2.6.) удалось устранить неравномерный износ выступов рисунка протектора, а схема предусматривает изменение направления вращения всех колес при каждой перестановке, а также подбор периодичности их перестановок через 5-10 тыс. км пробега. Использование такой схемы перестановки шин значительно снижает разброс результатов интенсивности износа для различных шин.
Для надежности данных количество шин в партии должно быть достаточно велико. Эти ограничения определяют возможность продолжения расчетов до того или иного пробега.
Испытания проводились на автобусах особо малого класса «ГАЗель», работающих в качестве маршрутных такси на регулярных горных маршрутах: «Махачкала - Гуниб»; «Махачкала - Хунзах»; «Махачкала - Ботлих», «Махачкала -Шахбаномахи», «Махачкала - Кумух», «Махачкала - Кахиб», «Махачкала -Куштил -Ляхля», «Махачкала- Ашар» протяженностью 139, 170, 250, 194,4, 143, 202, 226 и 241 км соответственно. Для исследования износостойкости протектора шины были выбраны регулярные горные маршруты, которые характеризовались относительной стабильностью дорожных и климатических условий. Контроль износа шин осуществлялся периодически, в течение всего срока ис пытаний. При этом обеспечивалось жесткое соблюдение правил эксплуатации шин и своевременное техническое обслуживание, применяемых на испытаниях автобусов особо малого класса «ГАЗель».
Объектом испытаний являлись шины марки Кама-301 185/75 R16C рис. 2.9., предназначенные для использования на автобусах особо малого класса марки ГАЗель. Для выявления общей картины влияния горных дорожных условий на интенсивность изнашивания, испытания проводились с шинами не отличающихся между собой конструкцией рисунка протектора и материалами протекторной резины, из которых они изготовлены.
Перед началом испытаний с шинами проводились подготовительные работы, шины были тщательно осмотрены на предмет отсутствия видимых дефек-# тов, а все вновь устанавливаемые шины для стабилизации геометрических раз- -меров выдерживались в свободном состоянии в течении семи суток, в том числе под давлением, заданным для эксплуатации в течении двух суток.
Каждая шина проверялась на дисбаланс, так как несбалансированность шины может привести к местному износу протектора [54, 58, 73, 86, 94], что по влечет за собой искажение результатов испытаний. Балансировка колес проводилась на стенде, установленном в сервисном центре «Mobi Time», размещенном на территории МФ МАДИ (ГТУ).
Величина дисбаланса у всех использованных шин удовлетворяла допустимым значениям [73, 94] (не превышала 5000 г.см).
В испытаниях шин участвовали автобусы особо малого класса «ГАЗель» закрепленные за АТП МУП «Махачкалатранс», Махачкалинской автоколонной 1736, Махачкалинским пассажирским АТП-1, Махачкалинским пассажирским АТП-2, и Хунзахским АТП, осуществляющим перевозки пассажиров по горным и равнинным маршрутам.
Перед началом испытаний проводилось второе техническое обслуживание. В процессе технического обслуживания тщательно проверялась регулировка тормозов на тормозных стендах, установленных на постах диагностики и участках ТО-2 размещенном на территории МФ МАДИ (ГТУ), автоколонны 1736, ПАТП-1, ПАТП-2 и АТП МУП «Махачкалатранс» а так же регулировка узлов установки колес и элементов рулевого управления. Все диски колес были проверены на радиальное биение, величина которого находилась в допустимых пределах.
Расчёт сил, действующих в пятне контакта автомобильной шины с дорогой
Наиболее значимое влияние на пробег автобусных шин при городском и междугороднем сообщении по маршрутам №4 и №5 оказывает полная масса автобуса с учётом коэффициента использования пассажировместимости. Влияние средневзвешенного значения продольного профиля в связи с практически одинаковой величиной незначительно. Это объясняется прохождением маршрутов по дорогам с равнинным типом рельефа местности.
Наиболее значимое влияние на пробег шин на горных регулярных маршрутах №1, №2, №3 оказывают: удельная продолжительность работы двигателя в режиме принудительного холостого хода для торможения автомобиля qx; удельное количество поворотов qn; средневзвешенная величина продольного профиля / ; удельное количество торможений qT. Дорожные и стендовые исследования интенсивности изнашивания шин показали, что при определении их пробега необходимо разработать такой оценочный показатель, который может в полной мере охватить значимые характеристики регулярных маршрутов автобусов, а также провести их количественную оценку. Выполненные исследования позволили установить, что на практике оценка интенсивности изнашивания протектора и ресурса шин осуществляется как методом стендовых испытаний, так и методом дорожных испытаний и в связи с этим сделать следующие выводы: 1. Стендовые испытания, выявляя закономерности изнашивания протектора под действием крутящего момента, боковой силы, скорости качения колеса, давления воздуха в шине и ряда других факторов каждого в отдельности, не способны в полной мере моделировать процесс качения колеса и изнашивания шин, так как перечисленные факторы на шину действуют в эксплуатации одновременно, а условия функционирования колеса в горных условиях существенно отличаются от стендовых. 2. Дорожные испытания, охватывающие весь срок службы шин, позволяют выявить влияние и трудно учитываемых неконтролируемых на стенде параметров на интенсивность изнашивания протектора, поэтому характеризуются как достоверными результатами в отличие от стендовых до 3+4 раз, так и большими значениями продолжительности и стоимости испытаний. 3. Ресурс шин автобусов «ГАЗель» в условиях эксплуатации регулярных маршрутов: горных №1, №2, №3 и равнинных №4, №5 составляет соответственно: 47345км, 41871км, 39675км, 77743км и 71400км. Различия последних в пределах 8 % на маршрутах №4 и №5 обусловлены увеличением количества посадочных мест в автобусах «ГАЗель» водителями с 13 до 15+18 мест на маршруте №5. 4. Пробег шин автобусов «ГАЗель» в условиях горных маршрутов №1, №2, №3 снижается ка 39+49% по сравнению с ресурсом шин на равнинных маршрутах №4 и №5. Различия пробегов шин на маршрутах №1, №2, №3 в пределах 10 % обусловлены различием продолжительности работы двигателя в режиме принудительного холостого хода для торможения автомобиля. 5. Дорожные и стендовые исследования пробега шин диктуют необходимость как разработки комплексного оценочного показателя, характеризующего в полной мере маршрут, так и моделирования горных дорожных условий и взаимодействия системы «дорога - шина - автомобиль - водитель - окружающая среда».
Прогнозирование интенсивности процесса изнашивания протектора автомобильной шины связано с рядом трудностей, поскольку адекватное описание процесса истирания и разрушения резины протектора в эксплуатационных условиях достаточно сложно. Воспроизведение процессов перекатывания автомобильного колеса, а также описание напряжённо-деформированного состояния шины при условии проскальзывания элементов протектора обычно основано на применении метода конечных элементов. Такой подход значительно затрудняет процесс решения и сужает область использования модели в задачах моделирования движения автотранспортных средств [12].
По мнению ряда ученых практически невозможно аналитически воспроизвести все виды изнашивания протектора при моделировании работы автомобильной шины в реальных условиях эксплуатации [10, 68, 69, 92, 135].
В связи с этим в основу моделирования интенсивности изнашивания протектора шин в условиях эксплуатации автобуса «ГАЗель» на горных маршрутах были положены результаты стендовых и экспериментальных дорожных испытаний, целью которых было получение как комплексного показателя для оценки нагруженное шин, так и определяющих эксплуатационных факторов.
Согласно исследованию [44, 53, 75] в основу методики нормирования ресурса автомобильных шин необходимо положить конкретные условия движения на маршруте и обусловленные ими силы сопротивления движению колеса. Многочисленность факторов и различное влияние их на интенсивность изнашивания шин при эксплуатации автомобиля потребовала оценки значимости факторов с целью выделения определяющих ресурс шины в конкретных усло- виях эксплуатации. При этом контролю поддается большое число факторов. Это показатели маршрута: протяжённость маршрута, количество подъёмов, спусков и поворотов, их протяжённость, высота маршрута над уровнем моря и параметры окружающей среды. А также показатели эксплуатации автомобиля: число торможений на маршруте, количество перевозимых пассажиров и остановок на маршруте, модели шин и автомобиля, скорость автомобиля, динамические характеристики автомобиля и продолжительность работы двигателя в режиме принудительного холостого хода для торможения автомобиля, интенсивность изнашивания протектора шин и их пробег.
Оценка влияния эксплуатационных факторов, проведённая ранее в работе, выявила шесть определяющих факторов и позволила установить их значимость для пробега шин. Было установлено также, что в стендовых условиях интенсивность изнашивания протектора шин зависит как от величины, так и продолжительности действия продольной Рх, боковой Ру и нормальной Pz нагрузок.
Определение коэффициентов, учитывающих рельеф местности для прогнозирования пробега шин
В связи с этим моделирование, рассматриваемое как процесс сопоставления результатов модельных и натурных испытаний на основе распространения результатов единичного опыта на подобные системы, обуславливает необходимость как выбора целесообразной модели и способа его описания, так и обеспечение погрешности моделирования в приемлемых пределах, например, 10%.
За основу моделирования движения автобуса особо малого класса было взято описание движения автомобиля «ГАЗель» с полной массой 3500кг из г. Махачкала, расположенном на уровне моря в предгорные и горные районы, Лева-ши, Гуниб, Хунзах, Ботлих, с высотой над уровнем моря соответственно: 1000; 1700; 2000, 1600 и обратно в г. Махачкала. Такое движение характеризуется тем, что автомобиль при выезде и возвращении в г. Махачкала эксплуатируется в условиях оживлённых городских улиц с асфальтобетонным покрытием в течение 30- -60 мин., а затем за 90+120 мин. после выезда автомобиль оказывается на высоте 1000м. над уровнем моря в атмосферно-климатических условиях, характерных для среднегорных зон восточного Кавказа. Дорожные факторы определяются как наличием усовершенствованного асфальтобетонного покрытия на едином для маршрутов №1, №2, №3 участке «Махачкала-Леваши» так и большим количеством чередующихся между собой левых и правых поворотов с длительными подъёмами в прямом направлении и спусками в обратном направлении, в среднем на 10м. на 1км. пути или с постоянно увеличивающимся уклоном дороги в продольном направлении на (0,8+1)" на каждый км пути. По мере дальнейшего движения автомобиля по маршруту № 1 до Гуниба и по маршруту №2 до Хунзаха высота над уровнем моря увеличивается до 1700м. и 2000м. соответственно, а покрытие дороги существенно ухудшается, количество крутых подъёмов, левых и правых поворотов (серпантинов) увеличивается. Автомобиль приходится эксплуатировать в атмосферно-климатических и дорожных условиях, характерных для высокогорных зон республики Дагестан, где отмечается существенное снижение мощности двигателя, вследствие снижения плотности воздуха и увеличение нагрузки на двигатель, на автомобильные шины, органы переключения передач и регулирования подачи топлива.
Единый для горных маршрутов №2 и №3 участок 2-4 (рис. 2.9.) «Леваши-Хунзах» характеризуется длительным и крутым подъёмом в прямом направлении и длительным и крутым спуском в обратном направлении, в среднем на 15м. на каждый км пути и имеет продолжение для маршрута №3 в виде двух спусков, участки 4-5 и 5-6 «Хунзах-Харахи» и «Харахи-Тлох» (рис. 2.9.), до высоты над уровнем моря 1000м. и участка 6-7 идущего на подъём «Тлох-Ботлих» до высоты над уровнем моря 1660м.. Условия работы автомобиля на участке 6-7 отличаются от условий его работы на участке 2-4 из-за ухудшения дорожного покрытия, а на участках 4-5 и 5-6 дополнительно осложняются вследствие более частого использования двигателя для торможения автомобиля.
Таким образом, система «горная дорога - шина - автомобиль - водитель -окружающая среда» функционирует в весьма сложных условиях эксплуатации и требует быстрого, безотказного и согласованного взаимодействия характеристик составляющих систему в постоянно изменяющихся условиях движения.
В рассматриваемой системе основным управляющим элементом является водитель, воздействующий на органы управления автомобилем с учётом остановок на дорогах, технического состояния автомобиля, атмосферно-климатических условий. Поэтому основным блоком модели движения автомобиля на горных маршрутах должен служить алгоритм логики действия водителя для выбора скорости движения автомобиля.
Не менее важными для модели являются массив данных характеристик дорожных условий на горном маршруте и блок моделирования движения транспортного средства.
Воздействие окружающей среды на автомобиль и его шины с учётом данных работ [54, 58, 96] и стационарности атмосферно-климатических условий в пределах региона, а также цикличности их действия на пробег шин и эксплуатационные свойства автомобиля целесообразно учитывать косвенно вместе с дорожными факторами.
Введение в модель дорожных условий осуществляется путём описания маршрута транспортного средства на основе деления его на характерные участки действующих сил сопротивления движению с определением их основополагающих характеристик: коэффициентом сопротивления качению/; уклоном дороги /; радиусом поворота Rn; длиной участка Ly ; максимально достигаемой скоростью движения Vycm ; конечной скоростью на участке VK0H; (/,/, Ly, Rn, Vycm , VK0H). Они представляются в виде массива исходных данных, который формируется на основе карты маршрута. Массив данных при моделировании дорожных условий на маршруте состоит из ряда участков, каждый из которых характеризуется начальной скоростью движения, максимально достигаемой скоростью движения, конечной скоростью на участке, продольным уклоном, радиусом поворота (в случае прямолинейного участка равен бесконечности) и загрузкой автомобиля (коэффициентом пассажировместимости или грузоподъемности). На каждом участке маршрута водитель, согласно логике выбора режима движения, выбирает необходимый режим движения в соответствии с конкретными дорожными и атмосферно-климатическими условиями. Алгоритм действия водителя принято определять таким образом, чтобы транспортное средство двигалось в наиболее экономичном режиме, что не может быть реализовано в условиях горных маршрутов из-за особенностей работы двигателей внутреннего сгорания в горах при отсутствии высотного корректирования. По мере увеличения высоты над уровнем моря уменьшаются поступающие в двигатель часовые расходы воздуха и топлива (таблица 3.2.) рис. 3.1. При этом расход воздуха снижается интенсивнее, что приводит к обогащению состава смеси на 5 -6% на каждые 1000м. подъёма.
