Влияние неравномерности движения автомобилей на расход топлива
На правах рукописи
УДК 629.113
ЧИСТЯКОВ Андрей Николаевич
Влияние неравномерности движения автомобилей на расход топлива
Специальность 05.22.10 — Эксплуатация автомобильного транспорта
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Тюмень 2006
Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Тюменский государственный нефтегазовый университет» (ТюмГНГУ) на кафедре «Эксплуатация автомобильного транспорта».
| Научный руководитель | доктор технических наук, профессор Резник Леонид Григорьевич |
| Официальные оппоненты: | доктор технических наук, доцент Карнаухов Владимир Николаевич |
| кандидат технических наук Шуваева Ирина Михайловна | |
| Ведущая организация | Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ), г. Омск |
Защита диссертации состоится «27» июня 2006 г. в 1300 часов на заседании диссертационного совета Д 212.273.04 при государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Тюменский государственный нефтегазовый университет» по адресу 625000, г. Тюмень, ул. Володарского, д. 38, зал им. Косухина.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тюменского государственного нефтегазового университета.
Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просьба отправлять по вышеуказанному адресу ученому секретарю диссертационного совета.
Автореферат разослан «___» мая 2006 г.
Телефон для справок: (3452) 20-93-02.
Ученый секретарь
диссертационного совета
кандидат технических наук, доцент Евтин П.В.
Общая характеристика работы
Актуальность. В условиях рыночной экономики перед работниками автомобильного транспорта остро стоит вопрос повышения эффективности использования подвижного состава. Одним из направлений его решения является экономия топлива, затраты на которое в структуре себестоимости перевозок могут достигать 60%.
Необходимо учитывать, что значительное влияние на топливную экономичность автомобилей оказывают условия эксплуатации, в особенности неравномерность движения. Разгоны и торможения требуют затрат мощности и значительно увеличивают расход топлива.
Опыт эксплуатации и проведенные ранее исследования показывают, что автомобили различных марок и моделей по-разному реагируют на отклонение от равномерного движения по расходу топлива, то есть по-разному приспособлены к этому фактору. Вместе с тем, процесс формирования расхода топлива автомобилями с различным уровнем приспособленности к неравномерному движению другими авторами изучен недостаточно, что не дает возможности результативно управлять этим показателем. Следовательно, для научно обоснованного решения проблемы повышения эффективности использования топлива автомобилями в условиях неравномерного движения необходимо установить соответствующие закономерности, учитывающие уровень их приспособленности к этому фактору.
Данная работа выполнена в соответствии с Тематическим планом госбюджетных НИР ТюмГНГУ (рег. № 11-02-06).
Цель работы — обеспечение экономии автомобильного топлива путем выявления и практического использования закономерностей изменения его расхода под влиянием неравномерности движения.
Объектом исследования является процесс изменения расхода топлива автомобилями под влиянием неравномерности движения, а предметом исследования - этот процесс применительно к автомобилям ряда конкретных марок и моделей.
Методологической основой исследования является системный анализ, теория вероятностей, математическая статистика, теория автомобиля и основы теории адаптации автомобиля.
Научная новизна:
- реализован пространственно-временной подход, раскрывающий механизм формирования расхода топлива автомобилями под влиянием неравномерности движения, учитывающий суровость условий эксплуатации и приспособленность автомобилей к ним;
- предложен показатель неравномерности движения, значения которого приведены к универсальной 12-ти балльной шкале, обеспечивающей единообразие оценки суровости различных по своей природе факторов условий эксплуатации и их сочетания;
- введен показатель приспособленности автомобилей к неравномерности движения по расходу топлива, представляющий собой величину изменения расхода топлива в фактических условиях эксплуатации по сравнению со стандартными;
- установлена необходимость дифференцированного корректирования норм расхода топлива, обусловленная существенной вариацией численных значений показателя приспособленности автомобилей различных марок и моделей к неравномерности движения по расходу топлива;
- разработана методика аналитического определения уровня приспособленности автомобилей конкретных марок и моделей к неравномерности движения по расходу топлива на основе их технических характеристик;
- установлено, что закономерность влияния неравномерности движения на изменение расхода топлива описывается линейной математической моделью приспособленности;
- определено, что совместное влияние неравномерности движения и низкой температуры окружающего воздуха на расход топлива описывается 2-х факторной аддитивной математической моделью.
Практическая значимость. Предложены пути практического использования результатов исследования и разработана Методика дифференцированного корректирования норм расхода топлива автомобилями, учитывающая неравномерность движения и приспособленность автомобилей к этому фактору, использование которой обеспечивает снижение расхода топлива при эксплуатации.
Апробация работы. Материалы работы были доложены и одобрены на заседаниях кафедры ЭАТ Тюменского государственного нефтегазового университета (2003, 2005, 2006 г.г.), межвузовской научно-технической конференции «Инновации и эффективность производства» (г. Тюмень, 2002 г.), научной конференции «Достижения в нефтегазовой промышленности: технологии и оборудование» (г. Тюмень, 2002 г.), III международной научно-технической конференции «Проблемы качества и эксплуатации автотранспортных средств» (г. Пенза, 2004 г.), международной научно-технической конференции «Дорожно-транспортный комплекс как основа рационального природопользования» (г. Омск, 2004 г.), региональной научно-практической конференции «Нефть и газ. Новые технологии в системах транспорта» (г. Тюмень, 2004 г.), III всероссийской научно-технической конференции «Проблемы и достижения автотранспортного комплекса» (г. Екатеринбург, 2005 г.), IV международной научно-практической конференции «Автомобиль и техносфера» (г. Казань, 2005 г.), международной научно-технической конференции «Проблемы эксплуатации и обслуживания транспортно-технологических машин» (Тюмень, 2006 г.).
Публикации. Основные положения и результаты диссертации изложены в 12 публикациях.
На защиту выносятся:
- реализация пространственно-временного подхода к процессу формирования расхода топлива автомобилями под влиянием неравномерности движения;
- показатель неравномерности движения;
- показатель приспособленности автомобилей к неравномерности движения по расходу топлива;
- обоснование необходимости дифференцированного корректирования норм расхода топлива;
- линейная математическая модель влияния неравномерности движения на расход топлива автомобилей;
- двухфакторная аддитивная математическая модель совместного влияния неравномерности движения и низкой температуры окружающего воздуха на расход топлива автомобилей;
- методика аналитического определения уровня приспособленности автомобилей к неравномерности движения по расходу топлива;
- пути практического использования результатов исследования, включающие Методику дифференцированного корректирования норм расхода топлива автомобилей с учетом неравномерности движения и уровня их приспособленности к этому фактору.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, списка литературы и приложений. Объем диссертации составляет 108 страниц текста, 11 таблиц, 14 рисунков, список литературы из 126 наименований и 7 приложений.
Содержание работы
Во введении показана актуальность и сформулирована цель исследования, раскрыта научная новизна и практическая ценность работы, излагаются основные положения, выносимые на защиту.
Первая глава посвящена анализу предыдущих отечественных и зарубежных исследований влияния режимов движения на топливную экономичность автомобилей, выполненных в НИИАТ, МАДИ, КАДИ, ХАДИ, СибАДИ, ИрГТУ, ЯрГТУ, ТюмГНГУ и в ряде других организаций, предприятий и учреждений.
Проводя такие исследования, авторы использовали различные подходы, самым распространенным среди которых являлся статистический. Этот подход позволяет эффективно решать ряд задач, однако при этом не в полной мере учитывается различный уровень приспособленности автомобилей, что негативно сказывается на нормировании топлива. Для устранения этого недостатка может быть использована пространственно-временная концепция, эффективно применяемая при решении аналогичных задач. Ее использование позволяет учесть уровень приспособленности автомобилей к условиям эксплуатации и предусматривает необходимость дифференцированного корректирования норм.
Для оценки неравномерности движения автомобилей исследователями использовались различные показатели. Однако они не обеспечивали возможности единообразной оценки суровости различных по своей природе факторов условий эксплуатации и их сочетания.
Исследования, проведенные ранее, недостаточно учитывают различный уровень приспособленности автомобилей к неравномерности движения. Такой учет может быть реализован путем введения показателя приспособленности к неравномерности движения, рассчитываемого аналитически.
Одним из важных направлений экономии автомобильного топлива является научно обоснованное нормирование его расхода. Действующая в настоящее время система нормирования проста в применении, однако в ней отсутствуют указания по определению конкретных значений поправочных коэффициентов для автомобилей определенных марок и моделей, то есть дифференцированное корректирование норм расхода топлива в явном виде отсутствует.
При исследовании влияния неравномерности движения на изменение расхода топлива недостаточное внимание уделялось закономерностям, объективно отражающим этот процесс с учетом уровня приспособленности автомобилей различных марок и моделей. В реальных условиях на показатели эксплуатационных свойств действует сочетание факторов. Наряду с неравномерностью движения одним из наиболее значимых факторов условий эксплуатации является низкая температура окружающего воздуха. Учет их совместного влияния позволит более точно определить значение расхода топлива в реальных условиях эксплуатации.
Для достижения поставленной в данной работе цели на основе анализа ранее проведенных исследований были сформулированы следующие задачи.
- Реализовать пространственно-временной подход к процессу формирования расхода топлива автомобилями под влиянием неравномерности движения, учитывающий суровость условий эксплуатации и приспособленность автомобилей к ним.
- Установить показатель неравномерности движения.
- Ввести показатель приспособленности автомобилей к неравномерности движения, учитывающий величину изменения расхода топлива в фактических условиях эксплуатации по сравнению со стандартными.
- Разработать методику аналитического определения уровня приспособленности автомобилей конкретных марок и моделей к неравномерности движения по расходу топлива на основе технических характеристик.
- Определить необходимость дифференцированного корректирования норм расхода топлива в зависимости от неравномерности движения и приспособленности автомобилей к этому фактору по расходу топлива.
- Выявить закономерности влияния неравномерности движения и низких температур окружающего воздуха на расход топлива. Проверить адекватность математических моделей и установить численные значения входящих в них параметров.
- Установить пути практического использования результатов исследований, включая разработку Методики дифференцированного корректирования норм расхода топлива с учетом неравномерности движения и приспособленности автомобилей к этому фактору, оценить эффективность ее использования.
Вторая глава посвящена аналитическим исследованиям.
Разработана общая методика исследований, включающая в себя аналитическую и экспериментальную составляющие.
На основе системного анализа после определения цели, задач, предмета и объекта исследования установлены границы изучаемой системы. В работе рассматривается комплекс «автомобиль — условия эксплуатации». Для его описания введены понятия стандартных условий (в данном случае - равномерное движение), суровых условий (в данном случае - неравномерное движение), номинального расхода топлива и приспособленности автомобилей к неравномерности движения по расходу топлива. Для определения структуры системы разработаны схемы формирования неравномерности движения под воздействием условий эксплуатации (рис. 1.) и расхода топлива под воздействием неравномерности движения (рис. 2.).
Рис. 1. Схема формирования неравномерности движения автомобиля
На схеме (рис. 1.) первым элементом системы является автомобиль. Он характеризуется совокупностью конструктивных особенностей, формирующих его приспособленность к условиям эксплуатации по неравномерности. Другой составляющей комплекса являются условия эксплуатации, представляющие собой набор воздействующих факторов определенной суровости (сложности). Взаимодействуя, эти две части системы формируют неравномерность движения автомобиля.
Расход топлива Q (рис. 2.) складывается из номинального значения Qн и надбавки на неравномерность движения. Первая составляющая обусловлена взаимодействием конструктивных элементов автомобиля и стандартных условий эксплуатации, вторая — приспособленности автомобиля и неравномерности его движения.
Рис. 2. Схема формирования расхода топлива под влиянием неравномерности движения
Следующим этапом анализа является установление основных входных и выходных параметров, представленных в виде неявной зависимости (1):
Q = f(Qн, Su, hu), (1)
| где | Su | — | показатель приспособленности автомобилей к неравномерности движения по расходу топлива; |
| hu | — | показатель неравномерности движения. |
Исходя из определения понятия «неравномерное движения», в качестве показателя неравномерности движения принято среднее ускорение на маршруте, м/с2. Численное значение показателя неравномерности движения рассчитывается по формуле (2) и представляет собой средневзвешенное положительных значений ускорения на маршруте по расстоянию:
, (2)
| где | n | — | число участков разгона; |
| ai | — | ускорение на i-ом участке разгона, м/с2; | |
| Li | — | длина участка, на котором достигнуто ускорение ai, м; | |
| L | — | общая длина маршрута, м. |
В показателе, рассчитанном по формуле (2), наряду с участками ускорений, учтены участки торможения и движения с постоянной скоростью, так как в знаменателе стоит общая длина маршрута, а не сумма участков ускорения.
Поскольку условия эксплуатации представляют собой совокупность различных по своей природе факторов, то необходимо обеспечить их сопоставимость и оценку суровости их сочетания. Для решения аналогичных задач используется универсальная 12-балльная шкала суровости. При этом вводится индекс неравномерности движения hu, значения которого изменяются в диапазоне от humin = 0R до humax = 12R, где R — единица измерения суровости, представляющая собой 1/12 шкалы. Чем большее значение имеет hu, тем суровее фактор, а чем меньше значение, тем суровость меньше.
Учитывая, что минимальное значение индекса неравномерности движения humin соответствует минимальному значению показателя min, а его максимальное значение humax — максимальному значению max получена формула приведения:
. (3)
Рассчитана наибольшая теоретическая интенсивность разгона amax, равная ускорению свободного падения g = 9,8 м/с2. Как следует из (2), если это ускорение поддерживается на всем маршруте, что означает экстремальную неравномерность, то значение max = 9,8 м/с2.
Исходя из этого и уравнения (3) получаем:
. (4)
По формуле (4) значения показателя неравномерности движения переводятся в значения индекса неравномерности движения.
Следующим элементом системы является приспособленность автомобиля (рис. 2.). Она не зависит от условий эксплуатации и является его объективным свойством сохранять на номинальном уровне значения расхода топлива при неравномерном движении. Для оценки этого свойства введен показатель приспособленности автомобилей к неравномерности движения по расходу топлива. При введении этого показателя учитывается, что он должен иметь ясный физический смысл, простоту определения численных значений и быть сопоставимым для автомобилей разных марок и моделей. В качестве такого показателя приспособленности предложен параметр чувствительности Su, л/100 кмR. Его физический смысл состоит в следующем: на сколько литров на 100 км пробега изменится расход топлива при изменении индекса неравномерности на 1R. Размерность выбрана на основании того, что нормирование расхода топлива производиться в литрах на каждые 100 километров пробега. Чем больше значение Su, тем менее автомобиль приспособлен к неравномерности движения по расходу топлива.
Приспособленность участвует только в формировании дополнительного расхода топлива, связанного с неравномерностью движения (рис. 2.). Тогда исходя из (4):
Su = qu / hu = qu / (1,225·)= 0,82·qu /, (5)
| где | qu | — | дополнительный расход топлива, связанный с неравномерностью движения, л/100 км. |
Используя уравнение мощностного баланса, qu можно выразить по формуле:
, (6)
| где | qso | — | удельный расход топлива, л/100 Нкм; |
| — | коэффициент учета вращающихся масс; | ||
| — | среднее ускорение, м/с2. |
Из уравнений (5) и (6) получаем:
, (7)
| где | M | – | приведенная масса автомобиля, кг. |
Для аналитического расчета Su, исходя из полученных ранее результатов установлено, что для дизельных автомобилей qso = (6…7) 10-3 л/100 Нкм, а для карбюраторных qso = (9...11) 10-3 л/100 Нкм. Все составляющие уравнения (7) являются техническими характеристиками автомобиля, которые содержатся в нормативно-технической документации. Таким образом, составлена база данных численных значений показателя приспособленности автомобилей для 440 марок и моделей АТС, среди которых 180 легковых, 180 грузовых автомобилей и 80 автобусов, используемых на территории РФ. Экспериментально исследован ряд доступных автомобилей, широко распространенных на территории России (глава 3).
Численные значения параметра чувствительности Su, рассчитанные по разработанной методике, лежат в диапазоне (6,6…178,1) л/100 кмR. Таким образом, установлена различная приспособленность автомобилей к неравномерности движения по расходу топлива и научно обоснована необходимость дифференцированного корректирования норм его расхода.
Как показали аналитические исследования (7) и экспериментальные исследования (глава 3) автомобили различных марок и моделей имеют, как правило, различный, формирующийся случайным образом, уровень приспособленности, что предопределяет вероятностный подход к его изучению.
Функция плотности распределения значений показателя приспособленности соответствует гамма-распределению (рис. 3.).
Рис. 3. График частотного распределения значений параметра чувствительности
При доверительной вероятности = 0,997 диапазон значений Su составляет 0…156,4, при = 0,95 — 0…113,3. Для целей дифференцированного корректирования установлено 3 уровня приспособленности автомобилей к неравномерности движения: высокий, средний и низкий (таблица 1). Они получены путем разбиения всего диапазона значений параметра чувствительности на три равные части, по аналогии с ранее проведенными исследованиями.
Таким образом, определен уровень приспособленности всех исследованных автомобилей.
Таблица 1
Уровни приспособленности автомобилей к неравномерности движения по расходу топлива
| Уровень приспособленности | Диапазон значений Su | Автомобили | |
| при = 0,95 | при = 0,997 | ||
| Высокий | 0 Su < 37,8 | 0 Su < 52,1 | Легковые ВАЗ, ГАЗ, УАЗ |
| Средний | 37,8 Su < 75,5 | 52,1 Su < 104,3 | Микроавтобусы ГАЗ, малые автобусы, некоторые КамАЗ |
| Низкий | 75,5 Su 113,3 | 104,3 Su 156,4 | Грузовые автомобили КамАЗ, КрАЗ, МАЗ |
На основе уравнения (6) предложена рабочая гипотеза о том, что зависимость расхода топлива q, л/100 км, от индекса неравномерности движения описывается линейной моделью приспособленности:
q=q(V)+Su·hu, (8)
| где | q(V) | — | расход топлива как функция установившейся равномерной скорости движения V, численное значение которой определяется как фактическая средняя скорость, л/100 км. |
Значение q(V) определены экспериментально или используя топливную характеристику установившегося движения для скорости 30 км/ч. Эта скорость выбрана на основе анализа городских ездовых циклов (ГОСТ 20306-90). Тогда выражение (8) примет вид:
q=q0+Su· hu, (9)
| где | q0 | — | значение расхода топлива при установившейся скорости движения 30 км/ч, л/100 км. |
Исходя из анализа предыдущих работ по исследованию влияния низких температур на расход топлива с использованием пространственно-временной концепции, предложена гипотеза о том, что зависимость расхода топлива от неравномерности движения и низкой температуры окружающего воздуха описывается двухфакторной аддитивной моделью приспособленности:
Q = Qн + Qu + Qt + Qut, (10)
| где | Qu | — | дополнительный расход топлива, обусловленный неравномерностью движения; |
| Qt | — | дополнительный расход топлива, обусловленный низкой температурой окружающего воздуха; | |
| Qut | — | дополнительный расход топлива, обусловленный взаимодействием факторов низкой температуры окружающего воздуха и неравномерности движения. |
Учитывая квадратичную зависимость между расходом топлива и индексом суровости низкой температуры окружающего воздуха и уравнение (10):
q = qн + Suhu + Stht2+ Qut, (11)
| где | St | — | параметр чувствительности автомобилей к низкой температуре окружающего воздуха по расходу топлива, л/100 кмR2; |
| ht | — | индекс суровости низкой температуры окружающего воздуха, R. |
Таким образом, в главе 2 на основе пространственно-временного подхода введено свойство автомобиля «приспособленность» применительно к неравномерности движения. С помощью этого свойства раскрываются причинно-следственные связи, обуславливающие степень влияния неравномерности движения и низких температур окружающего воздуха на изменение расхода топлива.
На основе этого подхода предложены рабочие гипотезы о виде однофакторной и многофакторной закономерностей.
Третья глава посвящена экспериментальным исследованиям.
Экспериментальные исследования ставили своей целью сбор данных для проверки выдвинутых рабочих гипотез, расчета параметров математических моделей и проверки их адекватности. Для этого разработана методика проведения эксперимента. В ее основу, исходя из установленных особенностей рассматриваемой системы, положены ГОСТ 20306-90 «Автотранспортные средства. Топливная экономичность. Методы испытаний» и ГОСТ Р 41.84-99 (Правила ЕЭК ООН № 84) «Единообразные предписания, касающиеся официального утверждения дорожных транспортных средств, оборудованных двигателем внутреннего сгорания, в отношении измерения потребления топлива». В соответствии с требованиями этих документов регламентированы длина измерительных участков, режимы прогрева, разгона и торможения.
Испытания проведены методом активного эксперимента. После предварительной серии измерений с фиксированной неравномерностью устанавливалось необходимое количество повторных измерений, исходя из точности измерительных средств и доверительной вероятности = 0,85. Значение выбиралось на основании требований к инженерным экспериментам.
Значения показателя неравномерности движения задавались по формуле (2) путем установления количества участков ускорения на маршруте равной протяженности. Прочие условия принимались равными.
Расход топлива определялся с помощью штатных датчиков тестируемых автомобилей ВАЗ 21093, ВАЗ 2112, ВАЗ 2115 и Hyundai Elantra. Чтение показателей производилось из электронного блока управления по диагностическим интерфейсам. Погрешность определения расхода топлива взята из нормативно-технической документации исследуемых автомобилей и составляет 1 %. Рассчитанное необходимое количество повторных экспериментов равно 5.
В четвертой главе выполнен анализ результатов аналитических и экспериментальных исследований.
Данные экспериментов обрабатывались на ПЭВМ с помощью программных пакетов Microsoft Excel, Regress и Statistica.
Близость функции распределения экспериментальных значений расхода топлива к нормальному закону проверена при помощи критериев Колмагорова-Смирнова d (0,11…0,26) и Шапиро-Вилкса W (0,88…0,93).
Определены численные значения параметров математических моделей, описывающих зависимость расхода топлива от неравномерности движения автомобилей (таблица 2).
Таблица 2
Математические модели зависимости расхода топлива от неравномерности движения автомобилей
| Автомобиль | Математическая модель | Автомобиль | Математическая модель |
| ВАЗ 2112 | q = 8,18 hu + 8,4 | ВАЗ 2115 | q = 3,9 hu + 6,2 |
| ВАЗ 21093 | q = 5,2 hu + 5,5 | Hyundai Elantra | q = 9,4 hu + 7 |
Проверка согласия экспериментального распределения результатов измерений с теоретическим проведена по критерию Фишера F.
График экспериментальных зависимостей расхода топлива от неравномерности движения для исследованных автомобилей представлен на рис. 4.
Рис. 4. Зависимость расхода топлива от неравномерности движения
Угол наклона прямых на графике (рис. 4) характеризует приспособленность автомобилей к неравномерности движения по расходу топлива. Значение расхода топлива при h = 0R соответствует номинальному. Из графика видно, что ВАЗ 2115 лучший из представленных автомобилей по приспособленности к неравномерности движения, а ВАЗ 2112 — худший, что объясняется их различной приведенной массой. Имеет место значительная разница между значениями расхода топлива автомобилей разных марок и моделей при неравномерном движении. Для автомобилей ВАЗ 2115 и КрАЗ-7133 при hu = 6R разница составляет 1028,8 л/100 км.
Полученные результаты свидетельствуют об адекватности математических моделей, предложенная гипотеза о том, что влияние неравномерности движения на расход топлива описывается линейной математической моделью приспособленности, подтверждена.
График совместного влияния неравномерности движения и низкой температуры окружающего воздуха на расход топлива представлен на рис. 5.
Рис. 5. Зависимость расхода топлива от неравномерности движения и низкой температуры окружающего воздуха
На графике (рис. 5) видно, что для любого сочетания воздействующих факторов неравномерности движения и низкой температуры окружающего воздуха можно определить соответствующее значение расхода топлива. При этом влияние неравномерности движения на расход топлива представленного автомобиля значительнее влияния низких температур, что обусловлено более высоким уровнем приспособленности этого автомобиля к низким температурам по сравнению с приспособленностью к неравномерности движения.
Предложенная гипотеза о том, что совместное влияние неравномерности движения и низких температур окружающего воздуха на расход топлива описывается двухфакторной аддитивной математической моделью приспособленности, подтверждена на основании сравнения рассчитанного значения критерия Фишера F с его табличным значением.
В пятой главе разработана Методика дифференцированного корректирования норм расхода топлива с учетом неравномерности движения автомобилей и различного уровня их приспособленности, а также другие пути практического использования результатов исследования.
Одним из наиболее значимых путей практического использования является дифференцированное корректирование норм расхода топлива под влиянием неравномерности движения.
Значения дифференцированных коэффициентов определяются по формуле:
Dd = (q — Hs) / Hs·100%, (12)
| где | Hs | — | норма расхода топлива на пробег автомобиля, л/100 км. |
На основе полученных данных составлена таблица значений корректирующих коэффициентов (таблица 3).
Таблица 3
Значения корректирующих коэффициентов
| Уровень приспособленности автомобиля к неравномерности движения по расходу топлива | Значения коэффициента, %, для интервала неравномерности движения hu = 0,01…0,99R | ||
| Мало сложный hu = 0,01…0,33R | Сложный hu = 0,34…0,66R | Очень сложный hu = 0,67…0,99R | |
| Высокий | 17 | 80 | 143 |
| Средний | 15 | 76 | 137 |
| Низкий | 22 | 97 | 172 |
Так как для каждого уровня приспособленности заранее определены дифференцированные значения коэффициентов корректирования применительно к заданной неравномерности, то отнесение автомобиля к тому или иному уровню приспособленности по конструктивной аналогии сразу дает значения коэффициентов без проведения дорогостоящих экспериментов.
Действующая в настоящее время система корректирования предусматривает суммарное повышение нормы на неравномерность до 85%. Однако, в большинстве случаев значение коэффициента должно быть меньше. Таким образом, экономическая эффективность Э, руб./автомобиль·день, внедрения Методики дифференцированного корректирования для одного автомобиля рассчитывается по формуле:
Э = q·Lсс·С, (13)
| где | q | — | разница между нормами расхода топлива по двум методикам, л/100 км; |
| Lсс | — | среднесуточный пробег, 100 км; | |
| С | — | стоимость топлива, руб. |
Для автомобиля КамАЗ-53215 со средним уровнем приспособленности, эксплуатируемым в мало сложном интервале неравномерности движения со среднесуточным пробегом 150 км, экономическая эффективность составляет 55,6 рублей/автомобиль·день (по ценам 1 кв. 2006 г.).
Исходя из (8) разработаны также другие пути практического применения, которые дают возможность:
- осуществить выбор марки и модели автомобиля наиболее подходящего для эксплуатации в данных условиях;
- определить условия движения, при которых топливная экономичность данного автомобиля будет наилучшей;
- объективно нормировать расход топлива.
Основные результаты и Выводы
- Решена научно-практическая задача экономии автомобильного топлива путем выявления и практического использования закономерностей изменения его расхода под влиянием неравномерности движения.
- Реализован пространственно-временной подход к процессу формирования расхода топлива автомобилями под влиянием неравномерности движения, учитывающий суровость условий эксплуатации и приспособленность автомобилей к ним.
- В качестве показателя неравномерности движения принят индекс неравномерности движения hu, значения которого в натуральных единицах находятся в интервале 0…9,8 м/с2, а приведенные к универсальной шкале — в интервале 0…12R, где R — универсальная единица измерения суровости. Этот индекс представляет собой количественный показатель степени отличия фактического режима движения автомобиля от равномерного.
- Введен показатель приспособленности автомобиля к неравномерности движения по расходу топлива Su, представляющий собой параметр чувствительности и отражающий степень изменения расхода топлива при неравномерном движении. При доверительной вероятности 0,95 диапазон его значений составляет 0…113,3 л/100 кмR; при доверительной вероятности 0,997 — 0…156,4 л/100 кмR.
- Аналитически и экспериментально подтверждена необходимость дифференцированного корректирования норм расхода топлива, которое обеспечивает его экономию за счет объективного нормирования.
- Создана методика аналитического определения приспособленности автомобилей к неравномерности движения по расходу топлива на основе технических характеристик автомобилей конкретных марок и моделей.
- Установлено, что зависимость расхода топлива от индекса неравномерности движения описывается линейной математической моделью приспособленности. Доказана ее адекватность и получены численные значения входящих в нее параметров для автомобилей ряда марок и моделей.
- Выявлена закономерность совместного влияния неравномерности движения и низких температур окружающего воздуха на расход топлива, описываемая двухфакторной аддитивной моделью приспособленности. Доказана ее адекватность и получены численные значения входящих в нее параметров.
- Разработана Методика дифференцированного корректирования норм расхода топлива, учитывающая неравномерность движения и приспособленность автомобилей к этому фактору, а также другие пути практического использования результатов.
- Внедрение дифференцированного корректирования норм расхода топлива обеспечивает экономическую эффективность 55,6 руб./авт.·день (по ценам 1 кв. 2006 г.) при эксплуатации в мало сложном интервале неравномерности движения автомобиля со средним уровнем приспособленности КамАЗ-53215.
Основное содержание диссертации опубликовано в работах
- Чистяков, А. Н. Учет неравномерности движения при оценке топливной экономичности [Текст] / А. Н. Чистяков // Инновации и эффективность производства: Тез. докл. межвуз. студ. науч.-техн. конф. — Тюмень: ТюмГНГУ, 2002. — С. 90-91.
- Reznik, L. Motion unevenness and objective fuel consumption norm [Текст] / L. Reznik, A. Chistiakov // Достижения в нефтегазовой промышленности: технологии и оборудование (материалы студенческой научной конференции) — Тюмень: Вектор Бук, 2002. — С. 48-52.
- Чистяков, А. Н. Конструктивные особенности автомобилей, обуславливающие их приспособленность к неравномерности движения по расходу топлива [Текст] / А. Н. Чистяков // Проблемы качества и эксплуатации автотранспортных средств: Материалы III международной научно-технической конференции. Ч.1. — Пенза: ПГУАС, 2004. — С. 114-120.
- Чистяков, А. Н. Применение шкалы суровости для оценки неравномерности движения автомобилей [Текст] / А. Н. Чистяков // Проблемы качества и эксплуатации автотранспортных средств: Материалы III международной научно-технической конференции. Ч.2. — Пенза: ПГУАС, 2004. — С. 96-99.
- Чистяков, А. Н. Расчет показателя приспособленности автомобиля к неравномерности движения по расходу топлива [Текст] / А. Н. Чистяков // Дорожно-транспортный комплекс как основа рационального природопользования: Материалы Международной научно-технической конференции. — Омск: Изд-во СибАДИ, 2004. — Книга 2. — С. 105-107.
- Чистяков, А. Н. Математическое моделирование изменения расхода топлива под влиянием режима движения [Текст] / А. Н. Чистяков // Дорожно-транспортный комплекс как основа рационального природопользования: Материалы Международной научно-технической конференции. — Омск: Изд-во СибАДИ, 2004. — Книга 2. — С. 100-105.
- Чистяков, А. Н. Связь объективного нормирования и показателя приспособленности автомобилей к неравномерности движения [Текст] / А. Н. Чистяков // Нефть и газ. Новые технологии в системах транспорта: Материалы региональной научно-практической конференции. Часть 2. - Тюмень: ТюмГНГУ, 2004. — С. 122-127.
- Чистяков, А. Н. Использование технологии диагностики инжекторных автомобилей при проведении испытаний на топливную экономичность [Текст] / А. Н. Чистяков // Проблемы и достижения автотранспортного комплекса: Материалы III всероссийской научно-технической конференции. — Екатеринбург: Уральские выставки, 2005. — С. 62-66.
- Резник, Л. Г. Влияние режима движения автомобилей зимой на расход топлива [Текст] / Л. Г. Резник, Г. С. Федорова, А. Н. Чистяков // Вестник УМОРАТ. Вып. 5: Сб. науч. тр. Тюмень: ТюмГНГУ, 2005. — С. 135-138.
- Чистяков, А. Н. Проведение испытаний на топливную экономичность инжекторных автомобилей [Текст] / А. Н. Чистяков // Материалы IV Международной научно-практической конференции «Автомобиль и техносфера», Казань: Изд-во Казан. гос. техн. ун-та, 2005. — С. 169-170.
- Резник, Л. Г. Аналитическая и практическая задачи определения зависимости между расходом топлива и неравномерностью движения [Текст] / Л. Г. Резник, Г. С. Федорова, А. Н. Чистяков // Проблемы эксплуатации и обслуживания транспортно-технологических машин: Доклады международной научно-технической конференции. — Тюмень: Феликс, 2006. - С. 171-179.
- Резник, Л. Г. Изменение показателей топливной экономичности автомобилей под влиянием режимов движения и низких температур окружающего воздуха [Текст] / Л. Г. Резник, Г. С. Федорова, А. Н. Чистяков // Проблемы эксплуатации и обслуживания транспортно-технологических машин: Доклады международной научно-технической конференции. — Тюмень: Феликс, 2006. - С. 179-187.
| Подписано к печати Заказ № Формат 6084 1/16 Отпечатано на RISO GR 3750 | Бум. писч. №1 Уч. – изд. л. 1 Усл. печ. л. 1 Тираж 100 экз. |
Издательство «Нефтегазовый университет»
Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования
«Тюменский государственный нефтегазовый университет»
625000, Тюмень, ул. Володарского, 38
Отдел оперативной полиграфии издательства «Нефтегазовый университет»
625000, Тюмень, ул. Володарского, 38
