VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

Эксплуатационные характеристики лесовозной дороги, ее отдельных элементов, а так же организация движения транспортных потоков, определяются прежде всего режимом движения лесовозных автопоездов. Главным являются показатель движения лесовозного автопоезда – тяговое усилие. В данном случае динамический фактор вычисляют по формуле:

, (1)

где: - мощность двигателя в л.с., зависящая от частоты вращения коленчатого вала двигателя, n (об/мин);

- КПД трансмиссии.

В данном случае можно упростить метод решения уравнения (1) и расширить границы его применения. Это обусловлено тем, что закономерности изменения мощностных показателей двигателей в зависимости от частоты вращения коленчатого вала для бензиновых двигателей. Для дизельных двигателей 100 % подача топлива отображает внешние скоростные характеристики двигателя, а для любой другой подачи топлива – частные характеристики [1]. Скоростные характеристики как карбюраторных, так и дизельных двигателей представлены на рисунке 1.

Объединим характеристики двигателей путем введения относительных координат, относительной мощности и относительного числа оборотов ( - соответствует , - соответствует ).

Рисунок 1 – Скоростные характеристики двигателей: n – частота, - мощность.

Для карбюраторных двигателей в результате стендовых испытаний различных двигателей получены следующие характеристики (рисунок 2).

Рисунок 2 – Относительные частичные скоростные характеристики карбюраторных двигателей

Эмпирические скоростные характеристики, показанные на рисунках 2 и 3, описаны различными зависимостями:

1. Графическими зависимостями, см. рисунок 1.

2. Формулой С.Р. Лейдермана

, (2)

в которой коэффициенты соответственно равны для карбюраторных двигателей – 1; 1; 1, для дизелей – 1; 1,5; 0,5.

3. Формулой Пуансе

. (3)

Из данных формул следует, что для расчета мощности можно использовать следующую зависимость:

(4)

Рисунок 3 – Относительные скоростные характеристики дизелей в зависимости от положение рейки топливного насоса по сравнению с номинальным: 1-1, 2-0.92, 3-0.86, 4-0.79,5-0.72,6-0.63,7-0.58.

В формуле (4) коэффициенты можно определить путем статистической обработки относительных частичных характеристик, а постоянные a и b находят путём испытания различных двигателей.

Преобразуя формулу (3), уравнение для динамического фактора примет вид:

. (5)

Согласно формуле (3) не удаётся получить критическое значение скорости, при которой двигатель переходит на пониженные передачи. В данном случае динамический фактор достигает максимума при . В процессе расчёта невозможно определять момент перехода на пониженную передачу. Критические скорости определены для максимальной подачи топлива при полной загрузке лесовозного автопоезда [2].

Второе решения дифференциального уравнения движения лесовозного автопоезда, определяет постоянство на всём интервале с помощью коэффициентов a и b в формуле (5). Данный подход говорит о том, что коэффициенты a и b зависят от степени открытия дросселя. На участках с изменяющемся продольным уклоном (вертикальные кривые) или участках плана при неизменном уклоне открытие дросселя заслонки непрерывно меняется [1].

Поэтому относительные характеристики более эффективно представлять формулой:

(6)

Где коэффициенты индекс соответствует степени открытия дроссельной заслонки. Они могут быть получены на основе обработки статистических данных (рисунки 4, 5) при использовании таблицы 1 и 2.

Рисунок 4 – Значения и сглаживающие кривые коэффициентов для карбюраторных двигателей лесовозных автопоездов

Таблица 1 – Коэффициенты для двигателей с карбюраторами

Коэффициенты	Степень открытия дроссельной заслонки, %
	100	90	80	70	60	50	40	30	20
	-1,32	-1,32	-1,32	-1,32	-1,32	-1,3	-1,27	-1,25	-1,22
	1,62	1,6	1,57	1,48	1,38	1,21	1,0	0,66	0
	0,7	0,7	0,7	0,7	0,7	0,71	0,73	0,78	0,82

Рисунок 5 – Экспериментальные значения и сглаживающие кривые коэффициентов для дизельных двигателей лесотранспортных машин

Таблица 2 – Коэффициенты для дизелей

Коэффициенты	Относительное, по сравнению с номинальным положение рейки топливного насоса, %
	100	93	86	79	72	65	58
	-1,61	-1,4	-1,15	-0,96	-0,86	-0,77	-0,7
	2,25	2,01	1,8	1,68	1,59	1,57	1,56
	0,35	0,32	0,2	0,04	-0,13	-0,29	-0,45

Тогда, выражаем число оборотов через скорость известной зависимостью:

, (7)

В результате имеем следующее уравнение для динамического фактора:

, (8)

Вычисление коэффициентов:

, , ,

, .

Это соотношение позволяет определить критическую скорость в момент переключения с высшей передачи на низшую. Если прировнять к нулю производную динамического фактора скорости, то критическую скорость можно представить в виде:

, (9)

Моменту переключения с низшей передачи на высшую соответствует скорость , которая определяется максимальной частотой вращения коленчатого вала двигателя.

Результаты вычислений критических скоростей по формуле (9), приведенные в таблице 3, показывают существенное влияние на неё степени открытия дросселя.

Таблица 3 – Критические скорости (км/ч) автомобиля ЗИЛ-131БА с полной нагрузкой

Степень открытия дросселя	I		II		III		IV
1	2	3	4	5	6	7	8	9
1,0	7,6	14,3	13,7	26,4	24,6	40,1	38,4	62,5
0,8	7,3	12,3	13,3	22,4	23,9	40,1	37,1	62,5
0,6	6,5	12,3	11,7	22,4	21	40,1	32,7	62,5
0,4	4,9	12,3	8,8	22,4	15,8	40,1	24,6	62,5
0,2	–	9,6	–	17,5	–	31,2	–	49

На рисунках 6 согласно формуле (8) представлены динамические характеристики лесовозного автопоезда. Видно, что скоростные качества на IV и V передачах значительно улучшаются.

Рисунок 6 – Динамические характеристики автопоезда ЗИЛ-131БА + ГКБ-817 при степени открытия дросселя: 1-1, 2-0.8, 3-0.6, 4-0.4. Пунктир – двигатель 150 л.с., степень открытия дросселя – 1

Полученные таким образом частные динамические характеристики автопоездов, приемлемы для расчета установившихся фактических скоростей на отрезках автодороги с постоянными сопротивлениями.

Подставив из формулы (8), получим:

, (10)

Частичные динамические характеристики, входящие в уравнение (10), можно рассчитывать при моделировании на ЭВМ движения автопоездов при проектировании плана и продольного профиля лесовозной дороги при переменных дорожных сопротивлениях и при переменной степени открытия дросселя.

Вывод: для повышения точности проектных решений по проектированию лесовозных дорог необходим расчет не только скорости, но и других показателей движения автопоездов. Затраты по топливу в значительной степени определяют себестоимость перевозок лесоматериалов при выборе оптимального варианта трассы дороги. Одним из критериев может служить расход топлива автопоездами.

Библиографический список

1. Сушков, А.С. Методические основы параметров процессов модели управления системой «дорожные условия - транспортные потоки» [Текст] / А.С. Сушков // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ) [Электронный ресурс]. – Краснодар: КубГАУ, 2012. – №10(84). – Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2012/10/pdf/05.pdf

2. Афоничев, Д.Н. Формирование проектных решений в автоматизированной системе проектирования объектов лесопромышленного комплекса [Текст] / Д.Н. Афоничев, П.С. Рыбников // Моделирование систем и процессов., ВГЛТА, НИИЭТ. –Воронеж, 2012. – Вып. 4. С. 16–19.

Код для цитирования: Скопировать