Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ состояния вопроса 9
1.1. Современное состояние автобусного городского пассажирского транспорта г. Москвы 9
1.2. Анализ и влияние условий эксплуатации маршрутных автобусов на основные показатели их работы 19
1.3. Основные научные исследования в области нормирования расхода топлива 31
1.4. Выводы по первой главе 50
1.5. Цель, задачи и общая методика исследований 52
ГЛАВА 2. Теоретические исследования 54
2.1. Методический подход к определению маршрутных норм расхода топлива для автобуса ЛиАЗ-6212 для летнего периода эксплуатации 54
2.1.1. Характеристика целевой функции 54
2.1.2. Определение маршрутных норм расхода топлива для автобуса ЛиАЗ-6212 для летнего периода эксплуатации 57
2.2. Выбор математического аппарата для определения маршрутного расхода топлива автобуса ЛиАЗ-6212 60
2.2.1. Отличия методов факторного и компонентного анализа 60
2.2.2. Общие положения выбора математического аппарата 62
2.2.3. Исследование методов факторного анализа как математического инструментария при нормировании расхода топлива автобусов 73
2.2.4. Основные результаты и критерии оценки факторного анализа з
2.3. Выводы по второй главе 88
ГЛАВА 3. Экспериментальные исследования 89
3.1. Общая методика эксперимента 89
3.2. Частные методики эксперимента
3.2.1. Выбор полигона проведения экспериментальных исследований 91
3.2.2. Методика сбора и предварительной обработки статистического материала
3.3. Методика построения и анализа математических моделей маршрутного расхода топлива автобусов ЛиАЗ-6212 в эксплуатации 110
3.4. Анализ методов вращения факторов
3.4.1. Общие положения при анализе методов вращения факторов 117
3.4.2. Краткая характеристика методов вращения факторов 118
3.5. Выводы по третьей главе 126
ГЛАВА 4. Результаты теоретических и экспериментальных исследований 127
4.1. Выбор и исследование факторов условий эксплуатации, определяющих маршрутный расход топлива автобуса ЛиАЗ-6212 127
4.2. Формирование общих факторов условий эксплуатации и их вращение 137
4.3. Построение и анализ многофакторной модели маршрутного расхода топлива автобуса Л и АЗ-6212 141
4.4. Методика нормирования маршрутного расхода топлива для автобусов Ли АЗ-6212 в эксплуатации 144
4.4.1. Общие положения 144
4.4.2. Методика сбора статистического материала 146
4.4.3. Основные факторы условий эксплуатации, влияющие на расход топлива городских автобусов ЛиАЗ-6212 150
4.4.4. Нормирование расхода топлива городских автобусов ЛиАЗ-6212 151
4.4.5. Пример расчета дифференцированных норм расхода топлива автобуса ЛиАЗ-6212 153
4.5 Выводы по четвертой главе 155
Основные результаты и выводы 157
Литература 159
- Основные научные исследования в области нормирования расхода топлива
- Определение маршрутных норм расхода топлива для автобуса ЛиАЗ-6212 для летнего периода эксплуатации
- Выбор полигона проведения экспериментальных исследований
- Построение и анализ многофакторной модели маршрутного расхода топлива автобуса Л и АЗ-6212
Основные научные исследования в области нормирования расхода топлива
В работе [54] определен вес ряда факторов условий эксплуатации городских автобусов на потери линейного времени. В частности установлено, что на потери линейного времени оказывают влияние - состояние дорожного покрытия (11%), угол продольного уклона трассы маршрута (5,6%), тип дорожного покрытия (1%), интенсивность движения на маршруте (плотность транспортного потока) (9,9%), коэффициент использования пассажировместимости по перегонам (13%), вид перекрестка (6,6%), количество полос движения в одном направлении (3,3%), радиус или количество поворотов трассы с углом в плане более 90 (5%), скорость движения (15%), длина перегона технологического цикла (10%), частота плановых и внеплановых остановок (20%).
Исследования по вышерассмотренным вопросам проводились в НАМИ, НИИАТ, МАДИ, КАДИ, ХАДИ, ЛИСИ, Тюменском индустриальном институте и других вузах и НИИ страны. Результаты исследований подтверждают зависимость изменения технического состояния автотранспортных средств и надежности работы основных агрегатов и узлов автомобилей и автобусов от режимов их эксплуатации, которые в значительной степени определяются условиями эксплуатации [7,12,15,16,18,20,36,37,42,47,48 и др.].
Наибольшее внимание в работах было уделено вопросам разработки маршрутных норм расхода топлива [20,21,23,26,29,34,42,54,111 и др.]. Реализация методов маршрутного нормирования расхода топлива для автобусов проводилась под руководством Гарбера А.З., Говорущенко Н.Я., Дажина В.Г., Зимина К.Б., Кузнецова Е.С., Максимова В.А., Резника Л.Г., Фаробина Я.Е. и др.
Вопросы маршрутного нормирования расхода топлива получили также и широкую практическую реализацию - в большинстве пассажирских автобусных предприятиях г. Москвы нормирование расхода топлива производится помаршрутно.
Управлению технической эксплуатацией автомобилей с учетом условий эксплуатации и режимов работы основных систем и агрегатов были посвящены работы [3,5,8,35,74,79,85,90,91,99,104,108 и др.] Авдонькина Ф.Н., Аринина И.Н., Бедняка М.Н., Белякова Е.А., Болдина А.П., Воронова В.П., Иверкина В.Н., Кузнецова Е.С., Максимова В.А., Миротина Л.Б., Прудовского Б.Д., Ротенберга Р.В., Соколова B.C., Ухарского В.Б., Шейнина A.M. и др. Большинство авторов рассматривали связь эффективности технической эксплуатации автомобиля (ТЭА) с коэффициентом технической готовности, были построены математические зависимости коэффициента технической готовности от различных факторов (обеспеченности производственной базы, уровня механизации, мощности АТП, некоторых факторов условий эксплуатации, среднесуточного пробега, возраста подвижного состава (ПС), формы организации ТО и ТР, текучести кадров и др.). Часть работ была посвящена разработке нормативов ТЭА и ее эффективности при проведении работ по ТО и ТР.
Учет объективно существующих условий работы автобусов возможен при дальнейшем совершенствовании классификации условий эксплуатации [74,89,99,105], что может послужить основой для рационализации использования материальных и трудовых ресурсов АТП, повышения надежности подвижного состава и качества обслуживания пассажиров.
С этой целью Максимовым В.А. и Солнцевым А.А предложена классификация городских автобусных маршрутов по сложности (табл. 1.2.3), которая позволяет определить категорию сложности маршрута движения городского автобуса и учитывать это при корректировании нормативов технической эксплуатации (периодичность ТО, пробег автобуса с начала эксплуатации, удельная трудоемкость ТР и расход запасных частей) [76,94]. Она учитывает длину перегона, расстояние между остановками („), коэффициент использования пассажировместимости {У) и плотность транспортного потока ( Р), в котором движется автобус данного маршрута, и предусматривает следующую группировку маршрутов движения: - по средней длине перегона: первая группа - 1п более 0,54 км, вторая -4=(0,38-0,54)км, третья - 4=(0 25-0,38) км и четвертая- tn менее 0,25 км; - по коэффициенту использования пассажировместимости (/ ): первая группа (Пі)- / менее 0,40, вторая (П2)- / = 0,40...0,58, третья (П3) / = 0,58.. .0,75 и четвертая группа (Щ) более 0,75; - по плотности транспортного потока ( Р ): первая группа (Иі) - Р менее 0,4 авт/ЮОм, вторая (И2) - Р= (0,4-0,7) авт/ЮОм, третья (И3) - Р= (0,7-1,3) авт/ЮОм и четвертая группа (lit) - Р более 1,3 авт/ЮОм.
Определение маршрутных норм расхода топлива для автобуса ЛиАЗ-6212 для летнего периода эксплуатации
При этом наиболее эффективным оказалось вращение главных компонент по принципу Biquartimax. Кроме того, автором [45] была разработана аналогичная математическая модель норм расхода топлива для летнего периода эксплуатации для автобуса ЛиАЗ-677 с двигателем ЗИЛ-375Я7, оборудованного нейтрализатором отработанных газов 17.1206 010 производства ООО «ЛИНДО»: 0=43,52 - 0,61 Уэ + 2,96/+ 2,98 р - 5,25 4 + 6,91 Nocm, (1.3.29) где Уэ - средняя эксплуатационная скорость, У - коэффициент пассажировместимости, Р - плотность транспортного потока, п средняя длина перегона, Nocm удельное количество остановок. В данном случае наиболее эффективным оказалось вращение главных компонент по принципу Varimax.
При этом наибольшее влияние на маршрутный расход топлива городских автобусов, оснащенных НОГ, оказывают средняя эксплуатационная скорость и помехонасыщенность маршрута (80% - у ЛиАЗ-677 и 82% - у Икарус-280).
Автор [35] предложил использовать метод главных компонент для определения расхода топлива с учетом влияния зимних условий эксплуатации на топливную экономичность двигателей на примере легкового автомобиля ГАЗ - 3110 с двигателем ЗМЗ - 402: GT = 2,61 + 2,3.Ю-4-{te -/J-5,3-Ю-3 «, (1.3.30) где їож - температура охлаждающей жидкости двигателя, С0; te и t0 соответственно фактическая и оптимальная температура воздуха на входе в двигатель, С0. Обобщая, следует отметить, что в последнее время (15-20 лет) при нормировании расхода топлива городских автобусов наиболее часто применяется расчетно-статистический метод, а не аналитический или опытно-экспериментальный. Причем нормирование проводится для каждого маршрута движения с учетом загрузки автобуса и его марки (модели) на основе накопленного статистического материала по эксплуатационному расходу топлива с использованием современного математического аппарата компонентного анализа. При этом объективность и достоверность статистики по расходу топлива в автобусном парке постоянно возрастает, поскольку уже на протяжении последних 10-15лет в предприятиях успешно работают и постоянно совершенствуются системы автоматизированного учета, хранения и передачи информации [90,99].
В Российской Федерации нормирование расхода топлива для автобусов осуществляется в соответствии с утвержденными Минтрансом «Нормами расхода топлив и смазочных материалов на автомобильном транспорте» (РЗ112194-0366-03) [88].
Для автобусов нормируемое значение расхода топлива рассчитывается по следующему соотношению: QH =0,0 \HtS- (1 + 0,0 W) + Hm. Г, (1.3.31) где: QH - нормативный расход топлива, литры; Hs -транспортная норма расхода топлива на пробег автобуса, л/100 км с учетом нормируемой по классу и назначению автобуса загрузкой пассажиров; S - пробег автобуса, км; #от - норма расхода топлива при использовании штатных независимых отопителей на работу отопителя (отопителей), л/час; Т- время работы автомобиля с включенным отопителем, час; D - поправочный коэффициент (суммарная относительная надбавка или снижение) к норме в процентах. Нормы расхода топлива повышаются при следующих условиях: - работа автотранспорта в зимнее время года в зависимости от климатических районов страны - от 5% до 20%. В условиях г. Москвы - 10%. Срок действия этой надбавки установлен с 01 ноября по 31 марта; - работа автотранспорта на дорогах общего пользования (I, II и III категорий) в горных местностях, включая городские и сельские поселения и пригородные зоны, при высоте над уровнем моря: от 300 до 800 метров - до 5% (нижнегорье); от 801 до 2000 - до 10% (среднегорье); от 2001 до 3000 метров - до 15% (высокогорье); и свыше 3000 метров - до 20% (высокогорье). - работа автотранспорта на дорогах общего пользования (I, II и III категорий) со сложным планом, вне пределов городов и пригородных зон, где в среднем на 1 км пути имеется более пяти закруглений радиусом менее 40 м (т.е. на 100 км пути не менее 500 поворотов) - до 10%; - работа автотранспорта в городах с населением свыше 3,0 миллионов человек - до 25%: - в городах с населением от 1,0 миллиона до 3,0 миллионов человек - 20%; - в городах с населением от 250 тысяч до 1,0 миллиона человек - до 15%; - в городах с населением от 100 тысяч до 250 тысяч человек - до 10%; - в городах и поселках городского типа (при наличии светофоров и других знаков дорожного движения) с населением до 100 тысяч человек - до 5%; - работа автотранспорта, требующая частых технологических остановок, связанных с погрузкой и выгрузкой, посадкой и высадкой пассажиров, в том числе маршрутные таскомоторы-автобусы, грузопассажирские и грузовые автомобили малого класса, автомобили типа пикап, универсал и т.п., включая перевозки продуктов и мелких грузов, обслуживание почтовых ящиков, инкассацию денег, обслуживание пенсионеров, инвалидов, больных и т.п. (при условии, в среднем более чем одна остановка на один километр пробега, при этом остановки у светофоров, перекрестки и переезды не учитываются) - до 10%;
Выбор полигона проведения экспериментальных исследований
При условии выполнения предложений, необходимых для метода максимального правдоподобия, со статистической точки зрения предпочтительнее пользоваться критерием X Применение этого критерия показало, что для большой выборки при значительном количестве переменных число выделяемых факторов намного больше числа факторов, которое ожидает получить исследователь. Хотя это обстоятельство не является недостатком метода, в некоторых случаях оно заставляет исследователей после применения критерия статистической значимости использовать дополнительно критерий, основанный на величине доли воспроизводимой дисперсии [100].
Анализ с помощью метода Монте-Карло критерия максимального правдоподобия показывает, что последний особенно эффективен, когда модель генеральной совокупности известна и отсутствуют второстепенные факторы. Другими словами, данный метод хорошо приспособлен к отклонениям, связанным с выборкой, и гораздо хуже - к изменениям в модели. При достаточно большом объеме выборки любые отклонения в модели будут трактоваться как значимые факторы. Таким образом, после соответствующих вращений второстепенные факторы необходимо удалить с учетом величины долей их дисперсий [100].
Ранее было описано пошаговое использование критерия ;f . Начиная с однофакторной модели, постепенно увеличивают число факторов, если имеют место статистически значимые отклонения модели от наблюдений. Однако при большом числе параметров данная процедура может быть чрезмерно трудоемкой. Поэтому можно сочетать один из быстрых методов определения числа общих факторов с критерием максимального правдоподобия. После того как будет получено начальное число факторов, количество их следует увеличивать, если наблюдения значимо отличаются от модели, либо уменьшать, если эти отличия незначимы. Со статистической точки зрения решение с помощью метода наименьших квадратов не столь эффективно, как решение с помощью метода максимального правдоподобия [100].
При определении числа факторов часто применяют правило, которое позволяет оставлять факторы с собственными числами, большими единицы (критерий Кайзера). При этом используется корреляционная (нередуцированная) матрица. Этот простой критерий хорошо себя зарекомендовал, так как обычно дает результаты, совпадающие с теми, что ожидает получить исследователь [100]. Указанный критерий был применен при нормировании расхода топлива городскими автобусами в работах [6,45,54].
Для корреляционной матрицы, относящейся к генеральной совокупности, рассматриваемый критерий всегда дает нижнюю оценку числа общих факторов. Иначе говоря, число общих факторов, соответствующих данной корреляционной матрице, будет больше или равно числу факторов, выделяемых согласно этому критерию. Однако полученное неравенство не обязательно справедливо для выборочной корреляционной матрицы [100].
Другой метод, основанный на собственных числах, относится к редуцированной корреляционной матрице. Согласно этому критерию сохраняются факторы с собственными числами, значение которых больше нуля. Преимущество этого метода в том, что для корреляционной матрицы генеральной совокупности он дает более точные нижние оценки числа общих факторов. Но для выборочной корреляционной матрицы критерий обычно дает значительно большее число факторов [100].
Данный критерий может применяться, когда общности оцениваются и помещаются на главную диагональ. Как правило, некоторые собственные числа будут отрицательными. При этом не имеет смысла выделять все факторы с собственными числами, значение которых больше нуля. Хотя сумма отрицательных и положительных собственных чисел равна сумме всех общностей, т. е. дисперсии, объясняемой общими факторами, отрицательные величины нельзя интерпретировать как дисперсии. Поэтому их присутствие является причиной инфляции суммы положительных собственных чисел в том смысле, что она становится больше суммы общностей. Предлагается прекратить выделение общих факторов, когда сумма собственных чисел превысит сумму оценок общностей [100].
Критерии значимости оперируют с выборочной изменчивостью данных. Критерии, основанные на собственных числах, формулируются в терминах абстрактных характеристик матрицы.
Возможен третий подход - для каждого фактора оценивается доля дисперсии, воспроизводимая этим фактором. Данный критерий становится особенно наглядным, когда выделение первоначальных факторов производится с помощью нередуцированной корреляционной матрицы. Тогда в качестве статистики этого критерия выступает доля дисперсии, воспроизводимой последним выделяемым фактором по отношению к полной дисперсии, равной числу параметров. Критерий определяется уровнем для минимальной доли воспроизводимой дисперсии [100].
Основной недостаток критерия, основанного на величине доли воспроизводимой дисперсии, состоит в определенной его субъективности. Однако он основан на легко поддающейся интерпретации статистике, и в этом преимущество данного метода [100].
Построение и анализ многофакторной модели маршрутного расхода топлива автобуса Л и АЗ-6212
Геометрический метод вращения практически неприменим, когда скопления точек трудно разделимы или когда число факторов больше двух. Графический метод вращения обычно применяется для наглядности и дает возможность лучше понять аналитический способ вращения [100].
Целью любого вращения факторов является получение наиболее простой факторной структуры. Из-за того что концепция простоты неоднозначна, не существует единых формальных критериев.
Если через г обозначено число общих факторов, aF — матрица вторичной структуры, образованная координатами (нагрузками) вторичных факторов, получаемых в результате вращения, то простая структура будет определяться следующими предположениями [100]: - В каждой строке матрицы вторичной структуры F должен быть хотя бы один нулевой элемент. Это предположение является основным в определении простой структуры; - Для каждого столбца к матрицы вторичной структуры F должно существовать подмножество из г линейно независимых наблюдаемых переменных, корреляции которых с к-м вторичным фактором - нулевые. Данный критерий сводится к тому, что каждый столбец матрицы должен содержать не менее г нулей; - У одного из столбцов каждой пары столбцов матрицы F должно быть несколько нулевых коэффициентов (нагрузок) в тех позициях, где для другого столбца они ненулевые. Это предположение гарантирует различимость вторичных осей и соответствующих им подпространств размерности г—1 в пространстве общих факторов; - При числе общих факторов больше четырех в каждой паре столбцов должно быть некоторое количество нулевых нагрузок в одних и тех же строках. Данное предположение дает возможность разделить наблюдаемые переменные на отдельные скопления; - Для каждой пары столбцов матрицы F должно быть как можно меньше значительных по величине нагрузок, соответствующих одним и тем же строкам. Это требование обеспечивает минимизацию сложности переменных.
Сформулированные критерии основаны на двух соображениях: а) необходимо определить признаки простой структуры; б) необходимо выяснить условия, при которых простая структура выделяется однозначно и объективно. Факторная структура является наипростейшей, когда все переменные имеют факторную сложность, равную 1, т. е. когда каждая переменная имеет ненулевую нагрузку только на один общий фактор. Если число факторов два и больше, то это означает, что в наиболее простой матрице факторной структуры, во-первых, каждая строка будет содержать только один ненулевой элемент, во-вторых, каждый столбец будет иметь несколько нулей и, в-третьих, для каждой пары столбцов нулевые элементы не совпадают [100].
Для реальных данных такая простая структура практически недостижима. Следовательно, задача состоит в том, чтобы определить факторную структуру, которая является самой близкой к простой структуре.
Критерий Тэрстоуна дает эмпирические условия, при которых простая структура определяется однозначно. Суть его сводится к следующему: для каждого фактора должны существовать, по крайней мере, три переменные, имеющие на этот фактор значительную нагрузку. Но определение простой структуры никак не зависит от этого эмпирического ограничения, принимаемого при анализе реальных данных.
В разведочном факторном анализе исследователь вынужден довольствоваться теми переменными, которыми он располагает, и, прежде чем начать интерпретировать факторы, заранее определить, что он понимает под «простой» структурой [100].
Первичные факторные нагрузки - это не что иное, как проекции переменных на две оси (в случае двухфакторной модели), т. е. нагрузки определяются при опускании перпендикуляров из данной точки на первичные ортогональные оси. Простая структура получается в том случае, когда все значения переменных лежат на этих осях. В ортогональном случае простая структура задается множеством точек, имеющих ненулевые нагрузки (нулевые проекции) только на один фактор (на одну ось). Проекция будет ненулевой, если угол между скоплениями точек отличен от прямого угла. При этом следует провести вторичные оси перпендикулярно гиперплоскостям, проходящим через эти скопления, которые сами могут рассматриваться как первичные факторы [100]. Таким образом, основная цель вращения заключается в нахождении матрицы факторного отображения, наиболее близкой к простейшей идеальной структуре.
