Снижение энергозатрат мобильных энергетических средств за счет использования догружающих устройств

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Снижение энергозатрат мобильных энергетических средств за счет использования догружающих устройств

Щитов С.В., Кривуца З.Ф., Кузнецов Е.Е.,

Попова Е.В., Кушнарев А.Н.

Дальневосточный государственный аграрный университет

Аннотация

В статье предлагается способ увеличения тягово-сцепных свойств мобильных энергетических средств за счет использования тросопневматического тягово-догружающего устройства в зависимости от качества дорожного покрытия. Использование догружающих устройств позволит расширить диапазон дорожно-полевых условий применимости мобильных энергетических средств при достаточном уровне надежности и качестве транспортных услуг. Предложена математическая модель полных энергозатрат транспортного средства в технологическом процессе перевозок грузов. Приведена оценка энергозатрат в зависимости от степени влияния состояния дорожного покрытия на показатели топливной экономичности при включенном и выключенном догружающем устройстве. Использование полученных результатов исследования при планировании доставки грузов даст возможность получить строго обоснованный план работы мобильных энергетических средств, что позволит снизить транспортные расходы и, как следствие, повысить эффективность использования транспортных средств на предприятиях АПК.

Ключевые слова: МОБИЛЬНЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА, ДОГРУЖАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА, ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ЗАТРАТЫ, ДОРОГА, СКОРОСТЬ ДВИЖЕНИЯ, КОЭФФИЦИЕНТ СОПРОТИВЛЕНИЯ КАЧЕНИЮ, РАСХОД ТОПЛИВА

Введение

Одним из основных достоинств мобильных энергетических средств при транспортно-технологическом обеспечении производственного процесса получения сельскохозяйственной продукции стоит считать возможность доставки грузов непосредственно к месту назначения. В отличие от железнодорожного, автомобильный транспорт способен двигаться не только по дорогам с различным типом и состоянием покрытия, но и по естественной поверхности земли с незначительной подготовкой, не требующей больших капитальных затрат.

Перевозка сельскохозяйственных грузов одним и тем же автомобильным транспортом в транспортно-технологическом процессе осуществляется при разных дорожных условиях:

– на поверхностях с высокой несущей способностью - автомобильные асфальтобетонные дороги, дороги со щебеночным и гравийным покрытием, сухие укатанные грунтовые дороги;

– на поверхностях с низкой несущей способностью - поле, пахота, заболоченная луговина, размытые грунтовые и полевые дороги, глубокий снег.

С целью оценки эффективности транспортно-технологического обеспечения производственного процесса получения сельскохозяйственной продукции при сложных дорожных условиях предложен способ повышения проходимости мобильных энергетических средств за счет улучшения тягово-сцепных свойств. Использование догружающих устройств позволит расширить диапазон дорожно-полевых условий применимости мобильных энергетических средств при достаточном уровне надежности и качестве транспортных услуг.

Объекты и методы

Применительно к нашему исследованию возможность увеличения сцепного веса на ведущие задние колеса осуществляется за счет кратковременного перераспределения части веса, приходящегося на прицеп [1-5]. В то же время при повышении коэффициента нагрузки задних колес автомобиля необходимо учитывать, что данное увеличение ограничивается тем, что это напрямую влияет на управляемость, а, следовательно, на безопасность движения. Поэтому для перераспределения сцепного веса необходимо использовать специальные устройства. Данные устройства предлагается включать в работу только по мере необходимости: при снижении значения коэффициента сцепления колес с почвой.

Поэтому при работе мобильных энергетических средств в условиях бездорожья, временного ухудшения дорожного покрытия повышение тягово-сцепных свойств возможно за счет применения в прицепных системах дополнительно устанавливаемых устройств, что позволит сохранить значения показателей тягово-сцепных свойств, соответствующих обычным условиям эксплуатации.

Таким образом, для увеличения проходимости и повышения производительности мобильных энергетических средств с прицепными системами при движении по скользкой дороге, бездорожью предлагается установить на прицеп тросопневматическое тягово-догружающее устройство (ТТДУ) между передним мостом прицепа и прицепным устройством, соединяя его с пневматической системой автомобиля [6]. Принципиальная схема транспортного средства с ТТДУ представлена на рис. 1.

Рис. 1. Принципиальная схема автомобиля с учетом действующих сил:

1 - автомобиль; 2 - тягово-догружающее устройство; 3 - прицеп:

- дополнительная сила, возникающая за счет использования вспомогательных устройств для прицепных систем, Н; Т - дополнительная нагрузка, Н; Р_кр - тяговое усилие автомобиля, Н

Эффективность мобильных энергетических средств зависит от условий эксплуатации, которые меняются по сезонам года. Однако при определении норм расхода топлива не учитывается различный уровень приспособленности грузовых автомобилей разных моделей к тем или иным условиям эксплуатации. Для Амурской области условия эксплуатации мобильных энергетических средств характеризуются большими различиями, переменным характером многих факторов внешней среды, поэтому особый интерес вызывает исследование влияния категории дорог на расход топлива автомобилей различных моделей при перевозке грузов [7]. Рассматриваемая проблема становится тем актуальнее, чем больше отклонения условий эксплуатации от стандартных и чем хуже приспособленность автомобилей к этим отклонениям.

Для определения фактических полных энергозатрат транспортного средства в технологическом процессе перевозок грузов необходимо определить степень влияния состояния дорожного покрытия на показатели топливной экономичности и, тем самым, оценить полные энергозатраты при перевозке грузов автомобильным транспортом. С этой целью были проведены экспериментальные исследования по определению расхода топлива при различных состояниях дорожного покрытия на примере работы автомобилей Камаз-45143 с прицепом НЕФАЗ-8560-02. Перевозка сельскохозяйственных грузов осуществлялась на расстояние 10 км при следующих условиях: =0.5; q=20 т; =1.

Измерение расхода топлива проводилось с использованием навигационной системы ГЛОНАСС и GPS мониторинга транспорта при различных скоростных режимах. В рамках данного исследования построены зависимости расходов топлива от типа и состояния дорог (рис. 2) и проведена оценка моделирования влияния категории дорог на расход топлива.

Рис. 2. Зависимость расхода топлива от категории дорог для автомобиля КамАЗ-45143 с прицепом НЕФАЗ-8560-02

Исходя из полученных экспериментальных среднестатистических данных (рис. 2), определена аналитическая модель зависимости расхода топлива G от коэффициента сопротивления качению автомобиля. Исследования показали, что в рассматриваемом диапазоне коэффициентов сопротивления качению автомобиля влияние состояния дорожного покрытия на расход топлива грузовых автомобилей описывается экспоненциальной моделью:

, (1)

где: G - расход топлива, л/100 км; G₀ - наименьшее значение расхода топлива, л/100 км; - коэффициент возрастания; - наименьший коэффициент сопротивления качению автомобиля.

Для предлагаемой математической модели (1) коэффициент возрастания является физической величиной, обратной интервалу значений коэффициента сопротивления качению автомобиля, в течение которого расход топлива увеличивается в «е» раз.

Исходя из экспериментальных среднестатистических данных, определены аналитические модели зависимости расхода топлива G от типа и состояния дорожного покрытия. Коэффициент достоверности аппроксимации составляет 0,98 для предлагаемой однофакторной математической модели, что свидетельствует об её адекватности исходным данным. Следовательно, для моделирования влияния типа и состояния дорожного покрытия на расход топлива автомобиля КамАЗ-45143 с прицепом НЕФАЗ-8560-02 при скорости движения (552) км/ч рекомендуем использовать следующее уравнение

. (2)

Аналогично была проведена оценка приспособленности автомобилей КамАЗ- 45143 с прицепом НЕФАЗ-8560-02 и дополнительно установленным ТТДУ при аналогичных условиях эксплуатации. Зависимости расхода топлива автомобилей КамАЗ для рассматриваемых условий эксплуатации транспортного средства от категории дорог при различных скоростных режимах представлены на рис. 3.

Анализируя представленные зависимости (рис. 3), необходимо отметить, что при использовании ТТДУ на прицепных системах автомобилей расход топлива при смене качества дорожного покрытия возрастает по экспоненциальной зависимости с меньшим коэффициентом возрастания по сравнению с расходом топлива при выключенном устройстве в аналогичных условиях эксплуатации транспортного средства.

На основе полученных среднестатистических экспериментальных данных, используя экспоненциальную модель (2), построена зависимость расхода топлива автомобиля КамАЗ-45143 с прицепом НЕФАЗ-8560-02 и дополнительно установленным ТТДУ от категории дорог при скорости движения (552) км/ч. Искомая математическая модель имеет вид:

(3)

Рис. 3. Зависимость расхода топлива автомобиля от категории дорог для КамАЗ-45143 с прицепом НЕФАЗ-8560-02 при использовании ТТДУ

догружающий энергозатрата мобильный

Таким образом, формула (3) позволяет оценить степень влияния состояния дорожного покрытия на расход топлива и, как результат, определить полные удельные энергозатраты при перевозке грузов автомобильным транспортом, используя выражение полных энергозатрат [7]:

, (4)

где: - теплосодержание топлива, МДж/кг; - коэффициент, учитывающий дополнительные затраты энергии на производство топлива, МДж/кг; - линейная норма расхода топлива на 100 км пробега, л; - плотность топлива, кг/л; Z_е- число ездок; - расстояние груженой ездки, км; - число водителей, чел; - энергетический эквивалент живого труда, МДж/челч; - энергоемкость автомобиля, МДж/км; L - длина ездки, км; q - грузоподъемность транспортного средства, т; г - коэффициент использования грузоподъемности; - время пребывания в наряде, ч;- время транспортного цикла, ч; - техническая скорость автомобиля, км/ч; в - коэффициент использования пробега; - среднее время погрузочно-разгрузочных работ за один оборот, ч.

Для проведения сравнительного анализа полных удельных энергозатрат с учетом уровня приспособленности грузовых автомобилей к дорожным условиям эксплуатации преобразуем формулу (4), воспользовавшись выражением (3), а также определим полные удельные энергозатраты транспортного средства в случае применения ТТДУ, используя соотношение (2). Полученные графические зависимости представлены на рис. 4.

Рис. 4. Зависимость полных удельных энергозатрат транспортного средства от состояния дорожного покрытия

Выводы

Анализируя полученные данные (рис. 4), необходимо отметить, что при ухудшении дорожных условий полные удельные энергетические затраты мобильных энергетических средств возрастают по экспоненциальной зависимости. В случае использования ТТДУ изменение полных удельных энергетических затрат увеличивается, но с меньшим коэффициентом возрастания. Таким образом, использование ТТДУ позволяет снизить полные удельные энергетические затраты, в большей степени, при движении мобильных энергетических средств по гравийно-щебеночным дорогам на 20,2%., грунтовым - на 13,3%.

Список использованных источников

1. Щитов С.В., Кривуца З.Ф., Двойнова Н.Ф. Повышение эффективности использования сельскохозяйственной техники в Сахалинской области // «АгроЭкоИнфо», - 2016, № 4, http://agroecoinfo.narod.ru/journal/STATYI/2016/4/st 440.doc.

2. Щитов С.В., Кривуца З.Ф., Двойнова Н.Ф., Попова Е.В., Сахненко А.В. Влияние транспортно-технологического обеспечения на формирование машинно-тракторного парка хозяйств // АгроЭкоИнфо. - 2016, №4. http://agroecoinfo.narod.ru/journal/STATYI/2016/4/st_445.doc.

3. Гуськов Ю.А., Тихонкин И.В., Курносов А.Ф. Определение конструктивных параметров устройства для догрузки ведущих колес транспортного тягача для перевозки сельскохозяйственных грузов // АгроЭкоИнфо. - 2016, №4. http://agroecoinfo.narod.ru/journal/STATYI/2016/4/st 435.doc.

4. Щитов С.В., Кривуца З.Ф. Повышение тягово-сцепных свойств автомобиля на транспортных работах // Научное обозрение. - 2012, №3. - С. 119-125.

5. Щитов С.В., Тихончук П.В., Кривуца З.Ф. Влияние дорожного покрытия на коэффициент сопротивления качению грузовых автомобилей // Научное обозрение. - 2013, №6. - С. 29-34.

6. Пат. №2493018 Российская федерация, МПК В60В 39/00, В60D1/00, В62D 53/04. Тросопневматическое тягово-догружающее устройство прицепных систем колесных автопоездов / С.В. Щитов, Е.Е. Кузнецов, З.Ф. Кривуца, О.А. Кузнецова

7. Щитов С.В., Кривуца З.Ф., Панова Е.В. Повышение производительности автопоездов с прицепными системами в транспортно-технологическом обеспечении АПК // Научное обозрение. - 2014, №7. - С. 469-474.

Размещено на Allbest.ru