Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ состояния вопроса 7
1.1. Проблемы, связанные с расходом топлива при эксплуатации автомобильных кранов 7
1.2. Нормирование расхода топлива на автомобильном транспорте 8
1.2.1. Основные положения 8
1.2.2. Нормирование расхода топлива специального и специализированного подвижного состава на шасси автомобилей 10
1.2.3. Корректирование норм расхода топлива на автомобильном транспорте 14
1.3. Факторы, влияющие на расход топлива при движении спецавтомобиля 19
1.4. Факторы, влияющие на расход топлива при работе автомобильного крана 22
1.5. Влияние температуры окружающего воздуха на расход топлива автомобилями 25
1.6. Влияние режима работы на расход топлива во время работы кранового оборудования 33
1.7. Выводы. Задачи исследований 38
2. Аналитические исследования 41
2.1. Общая методика исследований 41
2.2. Концепция формирования расхода топлива при работе автомобильных кранов 44
2.3. Математические модели влияния массы поднимаемого груза и температуры окружающего воздуха на расход топлива при работе автомобильного крана 46
3. Экспериментальные исследования 52
3.1. Общая методика экспериментальных исследований 52
3.2. Методика измерения расхода топлива 52
3.3. Методика сбора статистических данных 59
3.4. Планирование эксперимента 60
3.5. Методика обработки результатов эксперимента б 1
3.6. Результаты экспериментальных исследований и их анализ 64
3.7. Определение численных значений параметров математических моделей расхода топлива при работе кранового оборудования 69
4. Использование результатов исследований 76
4.1. Основные направления использования результатов исследований 76
4.2. Разработка Методики дифференцированного корресгирования норм расхода топлива на работу автомобильного крана в зимних условиях эксплуатации 76
4.3. Оценка эффективности результатов исследований 84
Общие результаты и выводы 88
Литература 90
Приложение 105
- Нормирование расхода топлива на автомобильном транспорте
- Концепция формирования расхода топлива при работе автомобильных кранов
- Определение численных значений параметров математических моделей расхода топлива при работе кранового оборудования
- Разработка Методики дифференцированного корресгирования норм расхода топлива на работу автомобильного крана в зимних условиях эксплуатации
Введение к работе
Автомобильный транспорт и строительно-дорожные машины - одни из основных потребителей топлива. Затраты на топливо составляют значительную долю в себестоимости выполняемых работ СДМ и автомобильных перевозок. Переход к рыночным отношениям резко повысил требования к эффективности выполнения работ, экономии топлива спецмашинами, на пример, автомобильными кранами. Экономия топлива многие годы находится в центре внимания, как исследователей, так и инженеров предприятий, использующих технику.
В ранее выполненных работах в области экономии топлива можно отметить, что одним из основных путей решения данной проблемы является наличие объективных нормативов расхода топлива и их корректирование с учетом реальных условий эксплуатации.
На топливную экономичность спецтехники оказывают влияние множество факторов, при этом некоторые из них варьируются в широких пределах. Влияние наиболее значимых факторов достаточно исследовано и учтено в системе нормирования. В то же время необходимо отметить, что во многих случаях это отражено только в предельных значениях корректирующих коэффициентов.
Нормирование расхода топлива для автомобильного крана производится разделением нормы на две части: норма на пробег и норма на моточасы работы кранового оборудования. Для первой части нормы можно использовать методику корректирования, разработанную в ТюмГНГУ применительно к автомобилям транспортного назначения. Для второй части нормы эту методику использовать нельзя, поскольку расход топлива при работе кранового оборудования будет меньше, так как отсутствуют потери на сопротивление шин и аэродинамическое сопротивление, вызываемые при движении автомобиля.
Одним их основных факторов, влияющих на расход топлива при работе кранового оборудования является масса перемещаемого груза. Учитывая, что автомобильные краны работают с различными грузами, необходимо отметить учет данного фактора при нормировании и корректировании нормы расхода топлива на работу кранового оборудования.
Большая часть территории России находится в зонах умеренного, холодного и очень холодного климата. Соответственно, одним из значимых факторов является температура окружающего воздуха, возникает необходимость учета этого фактора при нормировании и корректировании. В настоящее время разработаны и используются дифференцированные зимние надбавки для автомобилей транспортного назначения, учитывающие влияние этого фактора на расход топлива.
Исследования по установлению закономерности влияния массы перемещаемого груза и температуры оіфужающего воздуха на расход топлива при работе автомобильного крана ранее выполнялась не достаточно полно.
В этой связи целью данной работы является установление закономерностей влияния массы перемещаемого груза и низкой температуры окружающего воздуха на потребление топлива при работе автомобильного крана и разработка на этой основе методики дифференцированного корректирования норм расхода топлива.
Объект исследований - процесс формирования расхода топлива при работе автомобильных кранов с учетом массы перемещаемого груза и низкой температуры окружающего воздуха, а предмет исследований - это процесс применительно к автомобильным кранам КС-35714-2 Урал-5557 и КС-35715-2Маз-5337.
На защиту выносится:
® концепция формирования расхода топлива при работе автомобильного крана, позволяющая дифференцированно учитывать массу перемещаемого груза, температуру окружающего воздуха и различный уровень приспособленности кранов к их изменению;
• однофакторные модели приспособленности, описывающие влияние массы перемещаемого груза и низкой температуры окружающего воздуха на расход топлива при работе кранового оборудования;
• многофакторная аддитивная модель приспособленности, описывающая совокупное влияние массы перемещаемого груза и низкой температуры окружающего воздуха на расход топлива при работе кранового оборудования;
• Методика дифференцированного корректирования норм расхода топлива на работу автомобильных кранов в зимних условиях эксплуатации.
Нормирование расхода топлива на автомобильном транспорте
Нормы расхода топлива на автомобильном транспорте являются плановыми показателями его расхода на единицу работы или пробега. Они включают в себя расход топлива, необходимый для осуществления транспортного процесса, т.е. являются технологическими. Расходы топлива на ремонт и техническое обслуживание автомобилей, а также прочие хозяйственные расходы, в состав этих норм не включаются и формируются отдельно. Нормы расхода топлива автомобилями устанавливаются раздельно по автомобильному бензину, дизельному топливу, сжиженному и сжатому газам, и предназначены для расчетов нормируемого значения расхода топлива, для введения статистической и оперативной отчетности, определения себестоимости перевозок и других видов транспортных работ. Планирование потребности предприятий в обеспечении нефтепродуктами, осуществлении расчетов по налогообложению предприятий, осуществлении режима экономии и энергосбережения потребляемых нефтепродуктов, проведении расчетов с пользователями транспортными средствами, водителями и т.д. [118].
Норма расхода топлива, применительно к автомобильному транспорту, подразумевает установленное значение меры его потребления при работе автомобиля конкретной модели, марки или модификации. При нормировании расхода топлива различают базовое значение расхода топлива, которое определяется для каждой модели, марки или модификации автомобиля в качестве общепринятой нормы, и расчетное нормативное значение расхода топлива, учитывающее выполняемую транспортную работу и условия эксплуатации автомобиля [108].
Нормы расхода ГСМ имеют статус постоянных или временных норм. Вновь разрабатываемые и установленные нормы действуют как временные до их введения в качестве постоянных или при переутверждении, или при дополнении Руководящего документа Р3112194-0366-03 от 29 апреля 2003 года (Нормы расхода топлив и смазочных материалов на автомобильном транспорте). Временные нормы, разрабатываемые Федеральным государственным унитарным предприятием Государственный научно-исследовательский институт автомобильного транспорта (ФГУП НИИАТ) вправе вводить руководители местных администрации регионов и предприятий.
Принимая во внимание возможные изменения и многообразие условий эксплуатации автомобильной техники, изменения техногенного и природного характера, состояния дорог, особенности перевозок грузов и пассажиров и т.п., в случае производственной необходимости возможно уточнение или введение отдельных поправочных коэффициентов к нормам расхода топлива по распоряжению руїшводителеи местных администраций регионов страны, министерств и ведомств - при соответствующем обосновании и по согласованию с Минтрансом России.
Согласно методике нормирования расхода топлива, предложенной в «Нормах расхода топлива и смазочных материалов на автомобильном транспорте», определение нормы расхода топлива для специальных и специализированных автомобилей осуществляется в зависимости от установленного на них оборудования. По этому признаку они делятся на две группы [118]: автомобили, выполняющие работы в период стоянки (автокраны, автоцистерны, компрессорные, бурильные установки и т.п.); автомобили, выполняющие ремонтные, строительные и другие работы в процессе передвижения (кабелеукладчики, снегоочистители, поливомоечные и т.п.).
Рассмотрим нормирование расхода топлива в каждой группе. Нормирование расхода топлива специальными автомобилями, выполняющие работу во время стоянки. Нормативный расход топлива QH для специальных автомобилей относящихся к первой группе определяется следующим образом [118]: где Нsc - индивидуальная линейная норма расхода топлива на пробег специального автомобиля, л/100 км; Lcn - пробег автомобиля, км; Hm - норма расхода топлива на работу специального оборудования, л/час или литры на выполняемую агрегатом операцию (заполнение цистерны и др.); Тсп - время работы оборудования, в часах или количестве выполненных операций; D - суммарная относительная надбавка или снижение к норме, в процентах (при работе оборудования применяется только надбавка на работу в зимнее время и горных местностях). В случаях, когда специальный автомобиль предназначен также для перевозки груза, индивидуальная норма рассчитывается с учетом выполнения транспортной работы [118]
Концепция формирования расхода топлива при работе автомобильных кранов
Как было установлено в главах 1.4, 1.5 и 1.6 корректирование нормы расхода топлива на работу автомобильного крана в существующей системе нормирования предложено производить одинаково для различных марок и моделей, при этом не учитывается, что масса перемещаемого груза и температура окружающего воздуха оказывают не одинаковое влияние на автокраны во время работы. Степень влияния данных факторов зависит от уровня приспособленности конкретной марки и модели к изменению этих факторов. Чем выше уровень приспособленности автомобильного крана, тем в меньшей степени сказывается негативное влияние факторов, влияющих на работу кранового оборудования. Применительно к рассматриваемому объекту исследований, в меньшей степени увеличивается расход топлива при перемещении груза автомобильным краном при различной температуре окружающего воздуха. Если обозначить расход топлива при работе кранового оборудования для автокрана / -ой марки и модели через 3/, тогда влияние каждого j -го фактора, влияющего на работу кранового оборудования в соответствии с предложенной концепцией может быть представлено следующим образом: где Qi0 - номинальный расход топлива; "/ - j -й фактор, влияющий на работу кранового оборудования; Ду - приспособленность автомобильного крана і -ой марки и модели к І -ому фактору условий эксплуатации.
Основными факторами, оказывающими влияние на расход топлива при работе кранового оборудования, как определенно в главах 1.5 и 1.6, являются масса перемещаемого груза м и температура оіфужающего воздуха t. С учетом данных факторов концепция формирования расхода топлива при работе кранового оборудования будет иметь вид: где Яю - номинальный расход топлива; м - масса перемещаемого груза; Аті - приспособленность автомобильного крана к изменению массы перемещаемого груза; t - температура оіфужающего воздуха; Аіі - приспособленность автомобильного крана к изменению температуры окружающего воздуха. Из вышесказанного следует, что главным элементом новой концепции является учет влияния массы перемещаемого груза и температуры окружающего воздуха при работе кранового оборудования и различного уровня приспособленности автомобильных кранов разных марок и моделей к изменению данных факторов: где А„й, Аа - приспособленность автомобильного крана /-ой марки и модели к изменяющемуся фактору условий эксплуатации; Дш+1,Д;+1 - приспособленность автомобильного крана і+l марки и модели к изменяющемуся фактору условий эксплуатации. Для реализации предложенной концепции необходимо определить математические модели влияния массы поднимаемого груза и температуры окружающего воздуха на расход топлива при работе автомобильного крана. Масса перемещаемого груза и температура окружающего воздуха, как было установлено в главах 1.5 и 1.6, оказывают наибольшее влияние на расход топлива при работе автомобильного крана. Рассмотрим, какое влияние оказывает каждый фактор в отдельности на расход топлива при работе кранового оборудования. Для определения вида математической модели расхода топлива при работе кранового оборудования в зависимости от массы поднимаемого груза воспользуемся методикой расчета нормативного расхода топлива tlT для специальной техники, на которые отсутствуют нормы расхода топлива в зависимости от используемой мощности двигателя [119,120]: &п - коэффициент пересчета топлива из весовых единиц в объемные. Величина коэффициента # определяется в зависимости от степени загрузки двигателя: где &з - коэффициент, определяющий степень загрузки двигателя, рассчитывается по формуле: где Nn - используемая мощность двигателя, кВт; Tj - коэффициент полезного действия трансмиссии. В связи с тем, что нас интересует расход топлива в зависимости только от используемой мощности двигателя, рассмотрим изменение расхода топлива при постоянной температуре окружающего воздуха и высоте над уровнем моря, т.е. коэффициент КТВ = 1. При работе кранового оборудования мощность, развиваемая двигателем, необходимая для подъема груза определенной массы с помощью грузовой лебедки, рассчитывается по формуле [7]: где m - масса поднимаемого груза, кг; С[ - ускорение свободного падения, м/с Vpp - скорость подъема груза, м/с; т/о - общий КПД трансмиссии. Необходимо отметить, что при подъеме грузов различной массы с установившейся скоростью Уур — const; мощность, развиваемая двигателем, будет зависеть только от массы поднимаемого груза.
Определение численных значений параметров математических моделей расхода топлива при работе кранового оборудования
Как отмечалась в главе 2.3, при массе поднимаемого груза ffl О последние два слагаемых С т & О и в т 0, расход топлива будет зависеть только от температуры окружающего воздуха. При фиксированной массе груза расход топлива также будет зависеть только от температуры воздуха: С помощью программы «REGRESS 2.5» определим параметры математической модели расхода топлива в зависимости от температуры окружающего воздуха при фиксированной массе груза. Результаты представлены табл. 3.5, 3.6 и прил. 1, 2. 1. Уровень адекватности при фиксированной массе груза и различных температурах для автомобильных кранов составляет 0,95 - 0,99. Следовательно, расход топлива при работе кранового оборудования в зависимости от температуры окружающего воздуха при фиксированной массе поднимаемого груза описывается квадратичной моделью приспособленности Ч = Чо - s V о / . 2. Оптимальная температура воздуха о изменяется незначительно для автомобильного крана КС-35714-2 Урал-5557 от - ОД до - 1Д С и ее можно принять равной - 0,7 С, для КС-35715-2 Маз-5337 от ОД до - 0,9 С - равной -0,3 С; 3.
Параметр чувствительности $ также изменяется незначительно для автомобильного крана КС-35714-2 Урал-5557 от 1,52Е-03 до 1,7Ш-03 и от 1,45Е-03 до 1,88Е-03 для автомобильного крана КС-35715-2 Маз-5337. Определим минимальный расход топлива Чо и параметр чувствительности S при изменении температуры для каждого автокрана при минимальной массе груза и заданной оптимальной температуре воздуха. Для расчета воспользуемся программой «REGRESS 2.5», данные расчеты представлены в табл. 3.7 и приложении 3. Определим параметры математической модели расхода топлива при работе кранового оборудования в зависимости от массы поднимаемого груза при фиксированной температуре окружающего воздуха, результаты представлены в табл. 3.8, 3.9 и прил. 4, 5. При анализе табл. 3.8,3.9 и прил. 4, 5 можно сделать следующие выводы: 1. Уровень адекватности для модели приспособленности расхода топлива при работе кранового оборудования в зависимости от массы поднимаемого груза равен 0,95 - 0,99, следовательно, модель вида 2. Параметры чувствительности С и 6 изменяются незначительно. Для автомобильного крана КС-35714-2 Урал-5557 параметр чувствительности С от 4,03Е-03 до 8,ЗЗЕ-03, а параметр в от 2,96Е-02 до 3,06Е-02. Для автомобильного крана КС-35715-2 Маз-5337 параметры С и в от 0,1610 до 0,1736 и от 3,56Е-02 до 3,67Е-02 соответственно. Для каждого автомобильного крана определим параметры С и б, математической модели расхода топлива при работе кранового оборудования при температуре окружающего воздуха для КС-35714-2 Урал-5557 при t0=-0JC и д0=2,5л/ч? для КС-35715-2 Маз-5337 при t — t0 = —0,3 С и tfo 2,8л 1ч при этом расход топлива будет зависеть только от массы перемещаемого груза д = д0 + С ГП + в 1П , Воспользуемся методом МНК. Для реализации данного метода уравнение дифференцируется по каждому из известных параметров, частные производные приравниваем нулю, также определим и статистические характеристики модели расхода топлива при работе кранового оборудования в зависимости от массы поднимаемого груза.
Результаты представлены в табл. 3.10. В табл. 3.11 и 3.12 представлены численные значения и статистические характеристики математической модели приспособленности, учитывающие влияние массы поднимаемого груза и температуры окружающего воздуха и расхода топлива при работе кранового оборудования. Результаты экспериментальных исследований подтвердили разработанные гипотезы о виде математических моделей расхода топлива при работе кранового оборудования в зависимости от массы поднимаемого груза и температуры окружающего воздуха. Анализ полученных результатов подтверждает концепцию формирования расхода топлива при работе автомобильного крана, позволяющую учитывать массу поднимаемого груза к температуру окружающего воздуха. По результатам табл. 3.11 автомобильные краны более приспособлены к изменению температуры воздуха, чем к изменению массы поднимаемого груза - это характеризуется параметром чувствительности. При этом автокран КС-35714-2 Урал-5557 менее чувствителен по сравнению с КС-35715-2 Маз-5337 к изменению массе поднимаемого груза и температуре окружающего воздуха. Необходимо отметить, что близкие параметры чувствительности объясняются и характеризуются близкой конструктивной особенностью крановых установок.
Разработка Методики дифференцированного корресгирования норм расхода топлива на работу автомобильного крана в зимних условиях эксплуатации
Как отмечалось в главе I, методика нормирования расхода топлива специального подвижного состава на шасси автомобилей требует дальнейшего совершенствования. На основе результатов проведенного исследования и анализа недостатков действующей методики предлагается новая Методика дифференцированного корректирования норм расхода топлива на работу автомобильного крана в зимних условиях эксплуатации. Эта методика базируется на концепции формирования расхода топлива автомобильными кранами с учетом их индивидуальной приспособленности к изменению массы поднимаемого груза и температуры окружающего воздуха. В соответствии с формулой 1.1, особенностью нормирования топлива для автомобильного крана является разделение нормы на две части: норма на пробег и норма на моточасы работы кранового оборудования. Для учета влияния низкой температуры воздуха на расход топлива при движении автомобильного крана можно использовать методику корректирования, разработанную в ТюмГНГУ для автомобилей транспортного назначения. Для второй части нормы эту методику использовать нельзя, поскольку расход топлива при работе кранового оборудования в меньшей степени зависит от температуры окружающего воздуха. Следовательно, для расхода топлива при работе кранового оборудования должна быть отдельная надбавка. где l s - суммарная относительная надбавка или снижение к норме расхода топлива на пробег автомобильного крана; т - суммарная относительная надбавка или снижение к норме расхода топлива на работу кранового оборудования. Кроме того, как было установлено, корректирование расхода топлива при работе кранового оборудования необходимо проводить с учетом изменения массы поднимаемого груза, а в системе нормирования принимается, что автокран всегда работает с номинальным весом. При учете массы перемещаемого груза необходимо учитывать, что автомобильные краны являются машинами прерывного действия, у которых периоды работы перемежаются с периодами пауз, а механизмы работают разновременно или частично совмещено. Цикл рабочего процесса характеризуется следующими операциями: захват (зачаливание) груза и его подъем, изменение утла наклона стрелы, Різменение вылета, вращение поворотной платформы, опускание груза и его отцепка - возращение крюка в исходное положение. Соответственно, расход топлива на работу кранового оборудования,
Нт можно представить как норму расхода топлива: где Нпод - норма расхода топлива на подъем груза, л/час; Н. „ер - норма расхода топлива на перемещением груза, л/час; " опус - норма расхода топлива на опускание груза, л/час; - х.х. - норма расхода топлива на холостой ход при включенном приводе кранового оборудования, л/час. Рассмотрим, какое влияние на каждую норму расхода топлива в отдельности оказывает масса перемещаемого груза и температура окружающего воздуха. На расход топлива при подъеме груза оказывает влияние, как масса поднимаемого груза, так и температура окружающего воздуха. При возращение стрелы в исходное положение двигатель работает на оборотах близким к холостому ходу Соответственно, можно принять, что двигатель работает на холостом ходу. Расход топлива при выполнении данной операции зависит только от температуры воздуха. В периоды пауз между операциями двигатель работает на холостом ходу, при этом масса груза не оказывает влияние на расход топлива. Соответственно, норма расхода топлива на холостой ход при включенном приводе кранового оборудования зависит только от температуры окружающего воздуха. Расход топлива при опускании груза в связи с особенностью конструкций автомобильных кранов [2, 3, 8, 26], двигатель работает на холостом ходу, также будет зависеть только от температуры окружающего воздуха. Расход топлива на поворот груза (перемещение в горизонтальной плоскости) в меньшей степени зависит от массы перемещаемого груза, и можно принять, что расход топлива зависит только от температуры окружающего воздуха, т.к. двигатель практически работает на холостом ходу. Цикл рабочего процесса автомобильного крана с учетом нормы расхода топлива Нт можно представить как время на подъем груза, на перемещение груза в горизонтальной плоскости, на опускание груза и на холостой ход т.е. возращение стрелы в исходное положение и период пауз между операциями: где ± под - время работы кранового оборудования при подъеме груза; пер - время работы кранового оборудования, при перемещении груза в горизонтальной плоскости; опус - время работы кранового оборудования при опускании груза; х х.х. - время работы кранового оборудования на холостом ходу; С учетом всего вышесказанного расход топлива на работу кранового оборудования можно представить как: где Кш - корректирующий коэффициент с учетом массы поднимаемого груза и температуры окружающего воздуха; K - корреісгирующий коэффициент с учетом температуры окружающего воздуха. Для расчета корректирующих коэффициентов Kmt и Kt воспользуемся формулами: В качестве Чбий и Чб, можно использовать оптимальное значение расхода топлива Ч0
В качестве базовых температурных условий для автомобильных кранов КС-35714-2 Урал-5557 и КС-35715-2 Маз-5337 можно принять температуру окружающего воздуха от -5 до -10 С, при которой расход топлива минимален при работе кранового оборудования с различными грузами. В качестве базового значения массы поднимаемого груза можно принять массу груза 4-5 тонн, выбор данного значения обусловлен статистическими данными экспериментальных наблюдений в реальных условиях работы крана. С учетом цикла рабочего процесса, особенности конструкций автомобильных кранов и принятых упрощений, расход топлива при работе кранового оборудования можно представить: В связи с тем, что время подъема груза составляет от 0,3...0,5 от общего времени цикла [36]. Формула 4.7 примет вид: где Кл - коэффициент, учитывающий время подъема груза от общего времени работы
Похожие диссертации на Корректирование норм расхода топлива на работу автомобильных кранов в зимних условиях эксплуатации
