Scientific journal
Modern problems of science and education
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,931

THE METHOD OF SOLUTION OF THE EQUATIONS OF MOTION OF THE LOGGING TRUCKS AT VARIOUS ENGINE OPERATING MODES

Sushkov S.I. 1 Bukhtoyarov V.N. 1
1 Federal State Budget Educational Institution of Higher Professional Education “Voronezh State Academy of Forestry and Technologies”
В работе рассматриваются вопросы решения уравнения движения лесовозных автопоездов при различных режимах работы. Определены эксплуатационные характеристики лесовозных автодорог, их отдельных элементов, а также организации движения транспортных потоков, которые в значительной степени определяются режимами работы двигателя лесовозных автопоездов. Рассмотрены режимы работы карбюраторных и дизельных двигателей. Основные выводы: 1) для повышения точности проектных решений по проектированию лесовозных дорог необходим расчет не только скорости, но и других показателей движения автопоездов; 2) затраты по топливу в значительной степени определяют себестоимость перевозок лесоматериалов при выборе оптимального варианта трассы дороги; 3) одним из критериев может служить расход топлива автопоездами.
The paper discusses the issues of solving the equations of motion of the logging trucks at various modes of operation. Defined operational characteristics of logging roads, their individual elements, as well as the organization of movement of transport streams, which are largely determined by the modes of operation of logging trucks. Considered modes gasoline and diesel engines. Key findings: 1) to improve accuracy of design decisions on the design of forest roads required the calculation of not only speed, but also other indicators of the movement of trains; 2) the costs of fuel are largely determined by the cost of transportation of timber when selecting the optimal route of the road; 3) one of the criteria can serve as fuel consumption by trucks.
roads
traffic flow
throttle
carburetor and diesel engines
truck is a truck driver
the equation of motion
simulation

Организация движения транспортных потоков, эксплуатационные характеристики как самой лесовозной дороги, так ее отдельных элементов, определяются прежде всего режимом движения лесовозных автопоездов. Основным показателем движения лесовозного автопоезда является тяговое усилие [3].

В рассматриваемом 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 рассматриваемых условиях можно упростить метод решения уравнения (1) и расширить границы его применения. Это связано с тем, что закономерности изменения мощностных показателей двигателей определяются частотой 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 [4]. На рисунке 1 представлены скоростные характеристики как карбюраторных, так и дизельных двигателей.

Введем координаты относительной мощности и относительного числа оборотов ( – соответствует , – соответствует ) для объединения характеристики двигателей.

Рис.1. Скоростные характеристики двигателей: n – частота, – мощность

На рисунке 2 представлены результаты стендовых испытаний карбюраторных различных двигателей.

Рис. 2. Относительные частичные скоростные характеристики карбюраторных двигателей

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

1. Графическими зависимостями, изображенными на рисунке 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)

Рис. 3. Относительные скоростные характеристики дизелей в зависимости от положения 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) путем статистической обработки относительных частичных характеристик находим коэффициенты , а постоянные a и b определяются 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. При динамический фактор достигает максимума. В процессе расчёта невозможно определять момент перехода на пониженную передачу. Критические скорости определены для максимальной подачи топлива при полной загрузке лесовозного автопоезда [1].

Второе решение дифференциального уравнения движения лесовозного автопоезда позволяет определить постоянство на всём интервале с помощью коэффициентов a и b в формуле (5). Коэффициенты a и b зависят от степени открытия дроссельной заслонки. Открытие дросселя заслонки непрерывно меняется на участках с изменяющимся продольным уклоном (вертикальные кривые) или участках плана при неизменном уклоне [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) при использовании таблицы 1 и 2.

Рис.4. Экспериментальные значения и сглаживающие кривые коэффициентов для карбюраторных (а) и дизельных (б) 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

Таблица 2

Коэффициенты для дизельных двигателей

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

Выразим число оборотов через скорость:

, (7)

В результате получаем следующее уравнение для динамического фактора:

, (8)

Решив полученное уравнение, определяем коэффициенты:

, , ,

, .

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

. (9)

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

На рисунке 5 согласно формуле (8) представлены динамические характеристики лесовозного автопоезда. Данный рисунок показывает, что скоростные качества на IV и V передачах значительно улучшаются.

Рис.5. 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), необходимы при проектировании плана и продольного профиля лесовозной дороги при переменных дорожных сопротивлениях и при переменной степени открытия дросселя, при моделировании на ЭВМ движения автопоездов и т.д. [2, 5].

Повысить точности инженерных решений по проектированию лесовозных дорог можно не только с помощью расчета скорости, но и других показателей движения автопоездов. К таким значительным показателям относят затраты по топливу. Он в значительной степени определяет себестоимость перевозок лесоматериалов при выборе оптимального варианта трассы дороги.

Рецензенты:

Пухов Е. В., д.т.н., профессор, зав. каф. эксплуатации машинно-тракторного парка ФГБОУ ВПО «Воронежский ГАУ», г. Воронеж;

Астанин В.К., д.т.н., профессор, зав. каф. технического сервиса и технологии машиностроения ФГБОУ ВПО «Воронежский ГАУ», г. Воронеж.